Przedmiot: 404-1 Fizyka cząstek elementarnych i wysokich energii I

Wykładowca: prof. dr hab. Andrzej K. Wróblewski

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.504404-1

Liczba punktów kredytowych: 2,5

Program wykładu obejmuje podstawowe wiadomości o systematyce cząstek elementarnych i ich oddziaływań.

1. Wiadomości wstępne: układ jednostek ħ = c = 1, eksperymenty formacji i produkcji cząstek.
2. Systematyka cząstek w modelu kolorowych kwarków i gluonów (konstrukcja multipletów mezonowych i barionowych)
3. Model kwarkowo - partonowy oddziaływań cząstek. Diagramy kwarkowe. Kąt Cabbibo, macierz Kobayashi-Maskawy (CKM).
4. Zasady zachowania w fizyce cząstek. Zachowanie zapachów: S, C, B, T. Parzystość P, parzystość ładunkowa C, parzystość G, parzystość kombinowana CP. Wnioski z zasady zachowania izospinu w oddziaływaniach silnych (formalizm Szmuszkiewicza).
5. System neutralnych kaonów, oscylacje dziwności, regeneracja składowej krótkożyciowej. Niezachowanie parzystości CP.
6. Oscylacje neutrin słonecznych i atmosferycznych. Eksperymenty Superkamiokande, SNO i inne. Macierz mieszania Maki-Nakagawy-Sakaty (MNS).
7. Kinematyka oddziaływań. Wnioski z transformacji Lorentza. Zmienna x Feynmana, Pospieszność (rapidity) i pseudopospieszność (pseudorapidity). Rozpraszanie leptonów na hadronach. Zmienna x Bjorkena. Rozpraszanie głębokonieelastyczne (DIS).
8. Elementy analizy fal cząstkowych (PWA) w eksperymentach formacji.
9. Przegląd danych doświadczalnych dotyczących produkcji cząstek w oddziaływaniach lepton-lepton, lepton-hadron, hadron-hadron (Przekroje czynne, krotności).

Uwaga: Wykład ten jest kontynuowany w semestrze letnim; jego tematyka - przeznaczona w zasadzie dla osób ze specjalizacji fizyki cząstek - obejmuje bardziej zaawansowane zagadnienia fizyki cząstek, w tym szczegóły analizy eksperymentów.

Żaden podręcznik nie odpowiada ściśle programowi wykładu. Jako lekturę pomocniczą zaleca się:

D. H. Perkins, Wstęp do fizyki wysokich energii.

Fizyka I, II, III, Fizyka kwantowa lub Mechanika kwantowa I.

Egzamin ustny

Przedmiot: 404-2 Fizyka cząstek elementarnych i wysokich energii II

Wykładowca: prof. dr hab. Jan Królikowski

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.504404-2

Liczba punktów kredytowych: 2,5

Wykład jest kontynuacją wykładu z cząstek elementarnych z semestru zimowego. Wykorzystując podstawowe pojęcia tam wprowadzone wykład w semestrze letnim obejmuje:

1. Aspekty integracyjne eksperymentów w fizyce cząstek.
2. Podstawowe wyniki doświadczalne świadczące o poprawności modelu standardowego (badania oddziaływań e+e-, ep i hadron-hadron, dokładne testy modelu standardowego w rozpadach Z0).
3. Przyszłe eksperymenty, czyli poszukiwania fizyki poza modelem standardowym.

Wykład dotyczy zagadnień i wyników aktualnych, jego dokładny program zmienia się co roku w miarę napływu nowych danych. Wykład nawiązuje do seminarium z fizyki wysokich energii, na którym niektóre omawiane zagadnienia są prezentowane bardziej szczegółowo.

Żaden podręcznik nie odpowiada ściśle programowi wykładu. Literatura (głównie prace oryginalne i artykuły przeglądowe) jest podawana bieżąco na wykładzie.

Fizyka I, II, III, Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa, Fizyka cząstek elementarnych i wysokich energii (semestr zimowy).

Egzamin.

Przedmiot: 407 III Pracownia fizyczna fizyki jądra atomowego

Kierownik: prof. dr hab. Krystyna Siwek-Wilczyńska

Semestr: zimowy

Liczb godzin wykł./tydz.: 0

Liczb godzin ćw./tydz.: 12

Kod: 13.504407

Liczba punktów kredytowych: 15

• Szkolenie z ochrony radiologicznej związane z pracą z promieniowaniem jonizującym.
• Poznanie elementów pracy eksperymentalnej - produkcja tarcz, próżnia akceleratorowa, separator izotopów.
• Zapoznanie się z nowoczesnymi urządzeniami pomiarowymi - cyfrowe oscyloskopy.
• Wykonanie 1 lub 2 ćwiczeń w zależności od ich trudności. Ćwiczenia pozwalają zapoznać się z współczesnymi metodami pomiarowymi stosowanymi w fizyce jądrowej.

W. R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments.

Zaliczenie II pracowni (a) i (b) oraz zdanie egzaminu ze Wstępu do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

Zaliczenie ćwiczeń na ocenę.

Przedmiot: 408 Fizyka jądra atomowego

Wykładowca: prof. dr hab. Chrystian Droste, prof. dr hab. Jan Żylicz

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.504408

Liczba punktów kredytowych: 5

A. Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego.

T. Mayer-Kuckuk, Fizyka jądrowa.

B. Nerlo-Pomorska i K. Pomorski, Zarys teorii jądra atomowego.

Mechanika kwantowa I, Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

Egzamin ustny.

Przedmiot: 504 Reakcje jądrowe

Wykładowca: prof. dr hab. Krystyna Siwek-Wilczyńska i dr Brunon Sikora

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.505504

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Kinematyka reakcji dwuciałowych. Ciepło reakcji. Układ laboratoryjny i układ środka masy. Geometryczna interpretacja przekroju czynnego reakcji. Różniczkowy przekrój czynny.
2. Rozpraszanie cząstek przez sferyczny symetryczny potencjał. Funkcja odchylenia.
3. Opis kwantowy rozpraszania. Metoda fal parcjalnych. Przekroje czynne reakcji i rozpraszania. Rozpraszanie ciężkich jonów. Rozpraszanie Fresnela i Fraunhofera.
4. Macierz S. Zasada równowagi szczegółowej.
5. Podstawowe mechanizmy reakcji wywołanych przez lekkie i średnio ciężkie cząstki w obszarze niskich energii. Metody ich rozróżniania.
6. Jądro złożone. Model Bohra. Przekrój czynny reakcji. Reakcje rezonansowe. Rozpraszanie rezonansowe i potencjałowe. Wzór Brieta-Wignera.
7. Model statystyczny jądra złożonego. Wzór Hausera-Feshbacha. Gęstość poziomów jądrowych. Model równoodległych poziomów jednocząstkowych. Zależności spinowe gęstości poziomów jądrowych.
8. Krótki przegląd metod detekcji cząstek naładowanych. Teleskopy półprzewodnikowe. Metoda czasu przelotu.
9. Jądro złożone dla reakcji wywołanych przez ciężkie jony. Ograniczenia reakcji pełnej fuzji. Siła kontaktowa. Model krytycznego promienia. Model krytycznego momentu pędu. Synteza jąder ciężkich. Kanały rozpadu układu złożonego. Konkurencja rozszczepienie-wyparowanie.
10. Reakcje niepełnej fuzji jądrowej.
11. Model optyczny oddziaływań jądrowych. Potencjały optyczne.
12. Reakcje bezpośrednie przekazu nukleonów i wzbudzenia nieelastycznego. Metoda fal zaburzonych Borna. Zastosowanie w badaniach struktury jąder. Czynniki spektroskopowe. Zarys metody kanałów sprzężonych.
13. Reakcje głęboko nieelastyczne ciężkich jonów. Diagram Wilczyńskiego. Doświadczalny dowód odchylania do kątów ujemnych. Mechanizm dyssypacji energii i krętu. Potencjały oddziaływania jądro-jądro. Wielowymiarowy model trajektorii dla reakcji głęboko nieelastycznych i fuzji.
14. Rozszczepienie jąder atomowych. Warunki rozszczepialności. Bilans energii. Krzywe wzbudzenia. Rozkłady masowe produktów. Kształt bariery rozszczepienia. Poprawka powłokowa Strutinskiego. Prawdopodobieństwo rozszczepienia. Czasy życia nuklidów rozszczepiających się.
15. Reakcje jądrowe przy energiach średnich i niskich-relatywistycznych. Kinematyka: śpieszność i jej własności. Efekty kolektywne. Płaszczyzna reakcji. Rodzaje pływów. Opis teoretyczny: Zarys metod BUU i QMD. Równanie stanu materii jądrowej. Multifragmentacja. Produkcja nowych cząstek.

P. Fröbrich, R. Lipperheide, Theory of nuclear reactions.

E. Gadioli, P. Hodgson, Preequilibrium nuclear reactions, rozdz.1-4.

L.P. Csernai, Introduction to relativistic heavy ion collisions.

T. Mayer-Kuckuk, Fizyka jądrowa.

A. Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego.

Mechanika kwantowa I, Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

Termodynamika lub Fizyka statystyczna I (od roku 2002/2003 Termodynamika fenomenologiczna i Mechanika statystyczna).

Egzamin.

Przedmiot: 413A Optyka instrumentalna

Wykładowca: prof. dr hab. Czesław Radzewicz

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204413A

Liczba punktów kredytowych: 2,5

1. Materiały optyczne: transmisja, współczynnik załamania, dyspersja. Specyfikacja parametrów technicznych elementów optycznych.
2. Ośrodki anizotropowe, propagacja światła w kryształach dwójłomnych: promień zwyczajny i nadzwyczajny, kąt dryfu
3. Pokrycia metaliczne i dielektryczne - współczynniki transmisji i odbicia, charakterystyki fazowe.
4. Polaryzacja światła; polaryzatory foliowe i krystaliczne, płytki falowe, kompensator Babinet-Soleil’a.
5. Wybrane przyrządy optyczne: obiektyw, luneta, mikroskop, etc. (2 lub 3 wykłady).
6. Interferometry: Michelson, Mach-Zender, Fabry-Perot.
7. Przyrządy spektralne: spektrometr pryzmatyczny i siatkowy, spektrometr furierowski, interferometr Fabry-Perot.
8. Wiązki gaussowskie; definicja, własności, propagacja przy pomocy macierzy ABCD.
9. Światłowody planarne i cylindryczne, mody światłowodów, elementy optyczne typu GRIN.
10. Rezonatory optyczne zamknięte i otwarte; warunek stabilności, rezonatory stabilne i astabilne, mody i częstości.
11. Modulatory światła; efekt Pockelsa, rozpraszanie fotonów na fononach, nieliniowy współczynnik załamania światła, modulatory elektro-optyczne, akusto-optyczne, optyczno-optyczne.
12. Przetwarzanie częstości w procesach nieliniowych: generacja harmonicznych, suma i różnica częstości, procesy parametryczne.
13. Detekcja światła; zjawisko fotoelektryczne, fotopowielacz, fotodioda, fotoopór, detektory 2-wymiarowe, zliczanie fotonów, detekcja homodynowa i heterodynowa.

W. Demtroder, Spektroskopia laserowa.

A. Corney, Atomic and Laser Spectroscopy.

Fizyka I-IV, Elektrodynamika, Mechanika kwantowa I bądź Fizyka kwantowa.

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

ocena: zadania domowe (30%) + egzamin końcowy (70%).

Przedmiot: 413B Atomy, cząsteczki, klastery

Wykładowca: prof. dr hab. Paweł Kowalczyk

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204413B

Liczba punktów kredytowych: 2,5

P.W. Atkins, Molekularna mechanika kwantowa.

F.A. Cotton, Teoria grup. Zastosowania w chemii.

A.S. Dawydow, Mechanika kwantowa.

M. Hamermesh, Teoria grup w zastosowaniu do zagadnień fizycznych.

A. Gołębiewski, Elementy mechaniki i chemii kwantowej.

W. Kołos, Chemia kwantowa.

W. Kołos, J. Sadlej, Atom i cząsteczka.

G.K. Woodgate, Struktura atomu.

P. Kowalczyk, Fizyka cząsteczek.

Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa, Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

Egzamin ustny.

Przedmiot: 413C Fizyka laserów

Wykładowca: prof. dr hab. Czesław Radzewicz

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204413C

Liczba punktów kredytowych: 2,5

Celem wykładu jest przybliżenie słuchaczom praktycznych, tzn. użytecznych w pracy doświadczalnej, aspektów wiedzy o laserach. Stosowany (i wymagany od studentów) aparat matematyczny będzie ograniczony do minimum niezbędnego do zrozumienia omawianych zagadnień. Wszędzie tam gdzie to jest możliwe stosowany będzie opis klasyczny omawianych zjawisk; teoria kwantowa pojawi się tylko w opisie materii i niektórych własności światła laserowego. Duży nacisk położony będzie na omówienie technik doświadczalnych (metody pomiarowe i instrumenty) oraz kształcenie umiejętności rozwiązywania konkretnych zagadnień praktycznych.

1. Półklasyczna teoria promieniowania.
2. Wiązki gausowskie i rezonatory optyczne.
3. Wzmocnienie światła: nienasycone i nasycone, warunek progowy akcji laserowej.
4. Podstawowe charakterystyki światła laserowego.
5. Dynamika laserów: oscylacje relaksacyjne, modulacja dobroci rezonatora, synchronizacja modów.
6. Przegląd wybranych konstrukcji laserowych.
7. Wybrane zastosowania laserów.

P.W. Miloni and J.H. Eberly, Lasers.

O. Svelto, Principles of Lasers.

A. Siegman, Introduction to Lasers.

K. Schimoda, Wstęp do Fizyki Laserów.

A. Yariv, Quantum Electronics.

Fizyka I-IV, Elektrodynamika, Mechanika kwantowa I bądź Fizyka kwantowa, Optyka instrumentalna.

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

ocena: zadania domowe (30%) + egzamin końcowy (70%).

Przedmiot: 413D Spektroskopia laserowa

Wykładowca: prof. dr hab. Paweł Kowalczyk

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204413D

Liczba punktów kredytowych: 2,5

Cel wykładu:

Zamierzeniem wykładu jest przedstawienie i omówienie najważniejszych technik szeroko rozumianej spektroskopii laserowej oraz wybranych jej zastosowań.

1. Rozwój spektroskopii - rys historyczny
2. Spektroskopia laserowa o rozdzielczości ograniczonej przez poszerzenie Dopplera
   - laserowa spektroskopia absorpcyjna
   - obserwacja widm wzbudzenia
   - badanie absorpcji wewnątrz rezonatora laserowego
   - spektroskopia jonizacyjna
   - spektroskopia optogalwaniczna
   - spektroskopia optoakustyczna
   - spektroskopia optotermiczna
   - spektroskopia strat w rezonatorze
   - spektroskopia wielofotonowa
   - spektroskopia stanów wzbudzonych
   - metody podwójnego rezonansu
   - metody laserowego znakowania poziomów
   - fluorescencja indukowana przez światło lasera
3. Spektroskopia ramanowska
   - spontaniczne rozproszenie Ramana
   - wymuszone rozproszenie Ramana
   - spójna antystokesowska spektroskopia ramanowska
   - rozproszenie hiperramanowskie
4. Metody spektroskopii bezdopplerowskiej
   - metoda wiązek atomowych/molekularnych
   - wiązki naddźwiękowe
   - szybkie wiązki jonów
   - spektroskopia nasyceniowa
   - spektroskopia polaryzacyjna
   - bezdopplerowska spektroskopia dwufotonowa i wielofotonowa
5. Spektroskopia laserowa z rozdzielczością czasową
   - obserwacja zaniku fluorescencji
   - metoda opóźnionych koincydencji
   - metoda przesunięć fazowych
   - pomiar czasów życia w szybkich wiązkach atomowych/molekularnych
   - efekt Hanlego
   - dudnienia kwantowe
   - spektroskopia pikosekundowa i femtosekundowa
   - femtochemia laserowa
6. Chłodzenie i pułapkowanie atomów. Zastosowania. Kondensacja Bosego-Einsteina

W. Demtroder, Spektroskopia laserowa.

A. Corney, Atomic and Laser Spectroscopy.

Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa, Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

Egzamin testowy/ ustny.

Przedmiot: 523 Contemporary Nonlinear Optics (wykład w języku angielskim)

Wykładowca: dr hab. Marek Trippenbach

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.205523

Liczba punktów kredytowych: 5

This course is meant to provide basics of theoretical nonlinear optics. It is focused on the propagation phenomena: derivation of propagation equation in nonlinear media, harmonic generation, parametric processes, scattering, self focusing of optical beams and resonant phenomena. It is addressed to the students interested in the theory and experiments in modern optics.

Yariv, Nonlinear Optics.

Shen, Introduction to Nonlinear Optics.

Boyd, Nonlinear Optics.

Basic knowledge of optics, quantum physics.

Written exam.

Przedmiot: 417 Fizyka ciała stałego

Wykładowca: prof. dr hab. Roman Stępniewski

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204417

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Opis struktury energetycznej stanów elektronowych w kryształach, pasma energetyczne.
2. Przybliżenie masy efektywnej.
3. Metale, półprzewodniki, izolatory.
4. Półprzewodnikowe struktury obniżonego wymiaru. Pólprzewodnikowe studnie, druty i kropki kwantowe.
5. Domieszki w półprzewodnikach.
6. Drgania sieci krystalicznej, fonony.
7. Transport nośników prądu, zlinearyzowane równanie Boltzmanna
8. Zjawiska optyczne w półprzewodnikach. Dynamiczna funkcja dielektryczna. Osobliwości van Hoove. Ekscytony swobodne i związane. Magnetooptyka na swobodnych nośnikach i międzypasmowa.
9. Zjawiska kwantowe w strukturach półprzewodnikowych o obniżonej wymiarowości. Kwantowy Efekt Halla.

Głównym celem tego wykładu jest opanowanie podstawowej wiedzy z Fizyki Półprzewodników; przygotowanie do wykonania pracy magisterskiej w Zakładzie Fizyki Ciała Stałego IFD.

Ch. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego.

P. Yu, M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors.

J.M. Ziman, Wstęp do teorii Ciała Stałego

I.M Cydlikowski, Elektrony i dziury w półprzewodnikach.

N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Fizyka ciała stałego.

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego, Mechanika kwantowa I.

Egzamin ustny

Przedmiot: 418 Proseminarium z Fizyki Ciała Stałego

Wykładowca: prof. dr hab. Maria Kamińska

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204418

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Zapoznać się z tematyką w dziedzinie fizyki ciała stałego (głównie półprzewodników) uprawianą aktualnie w Warszawie i na świecie.
2. Nauczyć się pracy seminaryjnej (zarówno udziału jako słuchacz, jak i przygotowywania i wygłaszania referatów) .

Uczestnicy wybierają do przygotowania tematy referatów po jednym na semestr.

Tematy podzielone są na dwie grupy:

1. Narzędzia badawcze i technologiczne
   przykłady: ciśnienia hydrostatyczne, spektroskopia pojemnościowa, epitaksja z wiązki molekularnej, mikroskop sił atomowych
2. Zagadnienia fizyczne
   przykłady: kropki kwantowe, tunelowanie rezonansowe w półprzewodnikowych strukturach kwantowych, badania magnetycznych układów warstwowych, głębokie domieszki i defekty w półprzewodnikach

Proponowane podręczniki:

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

Zaliczenie za udział w seminarium i wygłoszenie dwóch referatów.

Przedmiot: 509 Structural and electronic properties of solids (Selected problems of solid state physics). Wykład w języku angielskim

Wykładowca: prof. dr hab. Jacek Baranowski

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.205509

Liczba punktów kredytowych: 5

Celem wykładu jest pokazanie jak startując z atomowych stanów s i p można przewidzieć większość strukturalnych i elektronowych własności ciał stałych. W szczególności jednym z głównych celów jest pokazanie jak opierając się na jednoelektronowych stanach atomowych można przewidzieć większość własności półprzewodników.

Wykład zaczyna się poprzez wprowadzenie tzw. Tablicy Periodycznej Ciała Stałego opartej na jednoelektronowych stanach atomowych. Następnie wprowadzone są wiązania van der Waals'a i wiązania jonowe. Zaprezentowane jest wyprowadzenie strukturalnych własności (długość wiązania ) jak i elektronowych własności (przerwa energetyczna) w oparciu o stany atomowe i energię Madelung w materiałach jonowych. Przedyskutowane są też wiązania występujące w klasycznym wysokotemperaturowym nadprzewodniku YBACUO.

W następnym kroku wprowadzone są wiązania kowalentne występujące w molekułach i ciałach stałych. Wprowadzone są oddziaływania s i p pomiędzy stanami s i p, wraz z podstawowymi ideami silnego wiązania. Wprowadzone są pojęcia hybryd, metalicznej, jonowej i kowalencyjnej energii. W ramach podejścia silnego wiązania wprowadzone są proste obliczenia długości wiązań, energii kohezji i stałych siłowych w półprzewodnikach.

Następna część wykładu dotyczy wprowadzenia symetrii translacyjnej w sieci krystalicznej. Przeprowadzone są rachunki struktury pasmowej w bazie stanów atomowych i w bazie stanów wiążących i antywiążących. Przedyskutowane są własności elektronowe i optyczne półprzewodników wynikające wprost ze struktury pasmowej. W szczególności przeprowadzone są oszacowania dla przesunięć pasm energetycznych w heterostrukturach. Wprowadzone są też obliczenia wpływu ciśnień hydrostatycznych na strukturę pasmową.

Następna grupa zagadnień objętych wykładem dotyczy domieszek i defektów. Przedyskutowane są chemiczne trendy położeń energetycznych domieszek w przerwie energii wzbronionej. Następnie wprowadzone są klasyczne defekty strukturalne takie jak luki, atomy międzywęzłowe i antypołożeniowe. Wyliczone są struktury elektronowe dla luki w krzemie i luk anionowych i kationowych w związkach półprzewodnikowych.

Ostatnia grupa problemów objęta wykładem dotyczy fizyki powierzchni. Wprowadzeniem do tej tematyki jest rozwiązanie struktury pasmowej grafitu. Następnie wprowadzona jest struktura pasmowa wywołana zerwanymi wiązaniami w krzemie. Omówiona jest też rekonstrukcja 2x1 i 7x7 powierzchni krzemu. W końcu przedyskutowane są mechanizmy będące siła napędową rekonstrukcji powierzchni w innych materiałach.

W. Harison, Electronic structure of solids.

Fizyka Ciała Stałego

Egzamin testowy

Przedmiot: 511 Metody jądrowe fizyki ciała stałego

Wykładowca: : prof. dr hab. Izabela Sosnowska

Semestr: zimowy i letni

Liczb godzin wykł./tydz.: 2

Liczb godzin ćw./tydz.: 0

Kod: : 13.207511

Liczba punktów kredytowych: 5

Program:

Rola metod jądrowych we współczesnej krystalografii i fizyce fazy skondensowanej materii. Badania fazy skondensowanej przy reaktorach jądrowych, źródłach spallacyjnych i źródłach promieniowania synchrotronowego. Oddziaływanie promieniowania materią. Rozpraszanie neutronów - określanie funkcji korelacji. Atomowe i magnetyczne uporządkowania w ciałach stałych. Czynnik Debye'a-Wallera i Lamba-Mössbauera. Relacje dyspersji fononów i magnonów. Przejścia fazowe. Funkcja gęstości stanów. Dyfuzja. Metody badania struktury i dynamiki wewnętrznej fazy skondensowanej. Rozpraszanie neutronów powolnych w fizyce materiałów oraz porównanie tej techniki z innymi metodami jądrowymi takimi jak: efekt Mössbauera, jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) oraz promieniowanie synchrotronowe.

M. T. Dove, Structure and Dynamics, Oxford Uni. Press , 2003

Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, Krystalografia, PWN,

S. Bundell, Magnetism in Condensed Matter, Oxford Uni. Press, 2002.

Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, Krystalografia, PWN, 1996.

B.K. Weinstein, Krystalografia Współczesna, wyd. Nauka, Moskwa 1979 (wydana w jęz. angielskim i rosyjskim), tom 1-4.

Podstawy dyfrakcji promieni X i neutronów, Fizyka V, Struktura i dynamika sieci fazy skondensowanej (wykłady).

Egzamin ustny.

Przedmiot: 513 Fizyka promieni X II

Wykładowca: prof. dr hab. Jerzy Gronkowski

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.205513

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Zastosowania dyfrakcji promieni X (metoda fal stojących; metody proszkowe; dyfraktometria; wyznaczanie parametrów sieci; interferometria rentgenowska; optyka rentgenowska; wyznaczanie struktur krystalicznych; przypadek wielu fal; dyfrakcja poślizgowa; kwazikryształy).
2. Rozpraszanie promieni X (rozpraszanie niesprężyste, porównanie z rozpraszaniem neutronów; rozpraszanie dyfuzyjne, defekty punktowe; rozpraszanie niskokątowe).
3. Rentgenowska spektroskopia emisyjna i absorpcyjna (EXAFS, SAXS).
4. Przegląd badań materiałowych metodami rentgenowskimi i innymi (reflektometria, badania cienkich warstw; mikroskopia rentgenowska; obrazowanie za pomocą kontrastu fazowego; litografia rentgenowska; metody elektronowe, spektroskopia fotoelektronów, LEED, RHEED).
5. Rentgenowskie lasery na swobodnych elektronach (działanie undulatora).

A. Hrynkiewicz (red.), Fizyczne metody badań w biologii, medycynie i ochronie środowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.

A. Oleś, Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1998.

Fizyka I, II, III, IV, Podstawy dyfrakcji promieni X i neutronów

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego,

Elektrodynamika ośrodków materialnych.

Zaliczenie na podstawie obecności.

Przedmiot: 428 Mechanika kwantowa II (dla studentów Biofizyki)

Wykładowca: dr hab. Maciej Geller

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 1

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 1

Liczba godzin ćw./tydz.: 1

Kod: 13.204428

Liczba punktów kredytowych: 6,5

1. Cząsteczka chemiczna - opis kwantowy:
   Separacja ruchu jąder i elektronów
2. Opis stanu układu elektronowego cząsteczki:
   przybliżenie adiabatyczne i Borna-Oppenheimera
   metody przybliżone rozwiązywania stacjonarnego, elektronowego równania Schroedingera:
   metoda Hartree-Focka:
   przybliżenie jednoelektronowe, spinorbitale molekularne,
   metoda pola samouzgodnionego (SCF)
   metoda Hartree-Focka-Roothana:
   metody ab initio i półempiryczne
   bazy funkcyjne
   problem obliczania energii korelacji elektronowej: metody CI i MP
3. Stabilność cząsteczki:
   twierdzenie wirialne
   elektrostatyczne tw. Hellmanna-Feynmanna
4. Architektura cząsteczki:
   układy pi-elektronowe
   energia delokalizacji
   bariery rotacji
   wolne pary elektronowe
   orbitale zlokalizowane
   hybrydyzacja orbitali
5. Jak cząsteczki oddziałują ze sobą:
   oddziaływania elektrostatyczne, indukcyjne i dyspersyjne, odpychanie walencyjne
   wiązania wodorowe
   oddziaływania hydrofobowe
6. Opisy uproszczone układów cząsteczkowych:
   mechanika molekularna - metody “pól siłowych”
   metody Monte Carlo - algorytm Metropolisa
   dynamika molekularna

W. Kołos, Chemia kwantowa.

Mechanika kwantowa I.

Egzamin pisemny i ustny.

Przedmiot: 429 Biologia

Wykładowca: prof dr hab. Wojciech Rode

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.104429

Liczba punktów kredytowych: 2,5

1. Komórka jako podstawowa struktura życia
1. Powstanie Teorii Komórkowej
2. Ogólne właściwości komórek
3. Skład chemiczno-biochemiczny komórki
4. Rozwój filogenetyczny a struktura makrocząsteczek komórkowych
5. Podstawowy element struktury - błona komórkowa
6. Dwie klasy komórek - prokariota i eukariota:
• - budowa komórki bakteryjnej, zwierzęcej i roślinnej
• - porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych
• - typy komórek prokariotycznych (Archea i Bacteria)
• - typy komórek eukariotycznych (różnicowanie)
• - pochodzenie komórek eukariotycznych
7. Rozmiary komórek i ich składników
8. Cykl życiowy komórki
9. Komórki tworzą tkanki, a te składają się na narządy
2. Wirusy i wiroidy
3. Struktura i funkcja białek
4. Gen i podstawy dziedziczności
1. Koncepcja genu jako jednostki dziedziczności
2. Chromosomy: fizyczne nośniki genów
• - rodziny genów i rodziny białek (prawdopodobne źródło: duplikacja genu w wyniku nierównego crossing over)
• - translokacje jako potencjalne źródło zmian wzoru chromosomów
3. Kwasy nukleinowe, kod genetyczny i synteza makrocząsteczek
4. Błony biologiczne i organizacja subkomórkowa komórek eukariotycznych
5. Mitoza i mejoza
6. Regulacja cyklu komórkowego
7. Nowotwory
8. Odpowiedź immunologiczna
9. Podstawy porównawczej fizjologii zwierząt

H. Lodish i. in., Molecular Cell Biology.

G. Karp, Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiment.

B. Alberts i in., Podstawy biologii komórki. Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem: ---

Egzamin.

Przedmiot: 430 Chemia organiczna

Wykładowca: dr hab. Janusz Stępiński

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 4

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.304430

Liczba punktów kredytowych: 5

Celem wykładu jest przygotowanie studentów do zrozumienia wykładu z biochemii, który jest w semestrze letnim.

Wykład obejmuje podstawowe zagadnienia chemii organicznej i fizycznej chemii organicznej. Szczególnie rozwinięte są zagadnienia dotyczące reaktywności, struktury i właściwości cząsteczek biologicznych (aminokwasy, białka, cukry, pochodne kwasów nukleinowych).

R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, Tom 1 i 2.

P. Mastalerz, Chemia organiczna.

Wstęp do biofizyki.

Egzamin.

Przedmiot: 432 Biochemia

Wykładowca: dr hab. Edward Darżynkiewicz, dr hab. Janusz Stepinski, dr Jacek Jemielity

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 4

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.604432

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Białka - struktura I, II, III i IV- rzędowa. Ewolucja molekularna białek, systematyka białek.
2. Enzymy. Terminy i jednostki, specyficzność, systematyka i nomenklatura enzymów. Kinetyka enzymatyczna - teoria Michaelisa. Rodzaje inhibicji i aktywacji enzymów. Allosteria. Regulacja aktywności enzymów. Mechanizm działania enzymów - budowa miejsca aktywnego, mechanizmy katalityczne. Kompleksy enzymatyczne. Koenzymy - budowa, rodzaje reakcji katalizowanych, wybrane mechanizmy elektronowe.
3. Metabolizm białek. Enzymy proteolityczne. Transminacja, dekarboksylacja, dezaminacja oksydacyjna. Cykl mocznikowy. Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketokwasσw.
4. Kwasy nukleinowe. Struktura I- rzędowa. Biosynteza z prekursorów. DNA-struktura II- i III- rzędowa. RNA: t-RNA, m-RNA, r-RNA. Enzymy rozszczepiające kwasy nukleinowe. Funkcje genetyczne: replikacja DNA, transkrypcja RNA- processing, splicing. Geny mozaikowe. Mechanizm przekazywania informacji genetycznej. Kod genetyczny. Translacja - biosynteza białka.
5. Wirusy - budowa, cykl życiowy i patogenność, wirus HIV.
6. Węglowodany - budowa i metabolizm. Mono-, di- i polisacharydy zwierzęce i roślinne. Glikozydy. Hydroliza i fosforoliza polisacharydów. Glikoliza i fermentacja. Fosforylacja substratowa. Cykl Krebsa. Cykl pentozowy. Glukoneogeneza. Fotosynteza - proces ciemniowy - cykl Calvina.
7. Lipidy - budowa i metabolizm. Tłuszcze właściwe, fosfolipidy, glikolipidy, sterydy, woski, izoprenoidy, witaminy. Metabolizm: trawienie tłuszczów, β-oksydacja kwasów tłuszczowych, biosynteza kwasów tłuszczowych, glicerydów i fosfolipidów.
8. Utlenianie biologiczne - podstawy bioenergetyki. Sprzężenie przez ATP i inne związki “wyskoenergetyczne" procesów endo- i egzoergicznych. Przyczyny wysokiej zmiany entalpii swobodnej hydrolizy związków “bogatych w energię”. Łańcuch oddechowy. Przenośniki elektronów i ich potencjały oksydoredukcyjne. Mechanizm fosforylacji oksydacyjnej wg. Mitchella. Porównanie bilansu energetycznego fosforylacji oksydacyjnej i substratowej. Budowa mitochondrium.
9. Fotosynteza - proces świetlny. Budowa chloroplastu. Barwniki kompleksu antenowego. Fotochemiczne pompowanie chlorofilu. Fotosystem I i II. Transport elektronów w procesach fosforylacji cyklicznej i niecyklicznej.
10. Biochemia organelli komórkowych - lokalizacja procesów biochem. Błona komórkowa - budowa, skład chemiczny. Mechanizmy i energetyka transportu błonowego aktywnego i biernego. Kanały i pory błonowe, przenośniki, kotransport, jonofory. ATP-azowa pompa sodowo-potasowa w błonie. Pompa wapniowa. Jądro komórkowe - budowa chromosomu pro- i eukariotycznego, plazmidy, transposony. Biochemia mitochondrium, funkcje biochemiczne retikulum endoplazmatycznego rybosomów.
11. Współzależności metaboliczne. Etapy katabolizmu komórkowego. Dopływy i odpływy z cyklu Krebsa do puli białek, węglowodanów i tłuszczowców. Współgranie katabolizmu tlenowego i beztlenowego, regulacja allosteryczna.
12. Regulacja metabolizmu. Jacoba-Monda model indukcji i represji enzymatycznej. Inne mechanizmy regulacji na poziomie genetycznym. Regulatory endogenne allosterczne. Sygnalizacja międzykomórkowa.
13. Regulacja hormonalna - mechanizmy. System fosforylacji białek przez kinazy białkowe zależne od cAMP.
14. Regulacja przez układ nerwowy. Przewodzenie wzdłuż neuronu i na synapsach. Neurotransmitery. Rola jonów Ca⁺⁺ i kalmeduliny.

L. Stryer, Biochemia.

A.L. Lehninger, Biochemia.

P. Karlson, Zarys Biochemii, t. I i II.

Wstęp do biofizyki.

Chemia organiczna.

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin.

Przedmiot: 433 Spektroskopia molekularna

Wykładowca: prof. dr hab. Ryszard Stolarski

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 3

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204433

Liczba punktów kredytowych: 4

Program wykładu obejmuje teoretyczne i doświadczalne podstawy spektroskopii cząsteczek organicznych w zakresie bliskiego ultrafioletu, podczerwieni, mikrofal i magnetyczny rezonans jądrowy (NMR). Zagadnienia wstępne dotyczą przypomnienia fizycznych podstaw struktury molekuł z uwzględnieniem problemów symetrii (teoria grup) i konformacji, energii pojedynczej cząsteczki i makroskopowego układu cząsteczek, oddzialywania układu cząsteczkowego z promieniowaniem elektromagnetycznym (absorpcja, emisja, rozpraszanie) oraz podstaw aparaturowych rejestracji widm z uwzględnieniem transformacji Fouriera i laserów. Kolejno omawiane są widma rotacyjne (MW), oscylacyjno-rotacyjne (IR) i elektronowo-oscylacyjno rotacyjne (UV-VIS), dichroizm liniowy (LD) i kołowy (CD), zjawisko Ramana i rezonansowe zjawisko Ramana. W zakresie spektroskopii NMR prezentowane są zagadnienia klasycznego i kwantowego opisu oddziaływania jąder z zewnętrznymi polami magnetycznymi i otoczeniem molekularnym (relaksacja) oraz jądrowy efekt Overhausera. Spektroskopia jednowymiarowa jest rozszerzona do metod wieloimpulsowych i wielowymiarowych w zastosowaniu do makromolekuł biologicznych. Omawiane są zastosowania NMR w identyfikacji cząsteczek i wyznaczaniu ich struktury i dynamiki ruchów molekularnych.

P. W. Atkins, Molekularna mechanika kwantowa.

W. Demtroder, Spektroskopia laserowa.

T. Evans, Biomolecular NMR spectroscopy.

Mechanika klasyczna, Elektrodynamika, Fizyka statystyczna

Mechanika kwantowa I

Egzamin.

Przedmiot: 434 Pracownia biochemiczna

Wykładowca: prof. dr hab. Edward Darżynkiewicz

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 0

Liczba godzin ćw./tydz.: 4

Kod: 13.905434

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Wyznaczanie parametrów kinetycznych w reakcjach enzymatycznych (Vmax i Km) na przykładzie reakcji utleniania alkoholi katalizowanej przez dehydrogenazę alkoholową.
2. Analiza elektroforetyczna białek w żelu poliakrylamidowym w warunkach denaturujących.
3. Chemiczna i enzymatyczna hydroliza skrobi.
4. Otrzymywanie DNA z grasicy cielęcej.
5. Frakcjonowanie wątroby szczura wg Schneidera i ilościowe oznaczanie w niej kwasów nukleinowych.
6. Ćwiczenia komputerowe: zapoznanie ze strukturami przestrzennymi biomolekuł i typów oddziaływań między nimi przy użyciu najnowszych pakietów programów do modelowania molekularnego i wizualizacji.

L. Kłyszejko-Stefanowicz (red), Ćwiczenia z biochemii.

L. Stryer, Biochemia.

Wykład z chemii.

Zaliczenie na ocenę.

Przedmiot: 515 Biofizyka molekularna I

Wykładowca: prof. dr hab. Ryszard Stolarski

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 4

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.905515

Liczba punktów kredytowych: 5

Program wykładu obejmuje zagadnienia struktury przestrzennej /konformacja/, dynamiki ruchów molekularnych i oddziaływań międzycząsteczkowych polimerów biologicznych, białek i kwasów nukleinowych oraz podstawowych metod doświadczalnych i teoretycznych badania tych zagadnień. Zagadnienia wstępne obejmują przypomnienie budowy chemicznej, mechanizmów biosyntezy i roli biologicznej kwasów nukleinowych i białek. Następnie omawiane są szczegółowo metody badania konformacji i dynamiki biopolimerów: sekwencjonowanie, elektroforeza, ultrawirowanie, magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego na monokryształach i włóknach, dynamika molekularna (MD), z rozszerzeniem kwantowym i na dynamikę brownowską. Omawianie struktur i dynamiki kwasów nukleinowych DNA i RNA oraz białek jest prowadzone od poziomu monomerów składowych do poziomu struktur trzecio- i czwartorzędowych. Szczególny nacisk położony jest na najbardziej aktualne, “gorące” zagadnienia prezentowane w literaturze światowej, np. zwijanie /folding/ białek in vitro i in vivo, specyficzne rozpoznawanie wzajemne białek i kwasów nukleinowych o ściśle określonych sekwencjach, niemichaelisowskie przebiegi kinetyki reakcji enzymatycznych.

W. Saenger, Principles of nucleic acid structure.

T.E. Creighton, Proteins. Structures and molecular properties.

Pracownia chemii fizycznej, Pracownia biochemii, Mechanika kwantowa II.

Spektroskopia molekularna, Biochemia.

Egzamin ustny.

Przedmiot: 516 Genetyka molekularna

Wykładowca: prof. dr hab. Edward Darżynkiewicz

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.905516

Liczba punktów kredytowych: 2,5

Wykład obejmuje wybrane, a jednocześnie będące kluczowymi, zagadnienia ze współczesnej genetyki molekularnej. W rozważaniach nad strukturą i funkcją DNA omawiane są takie tematy, jak: dlaczego DNA ma strukturę helikalną, różne rodzaje heliksów, formy heliksów w przestrzeni, superzwinięcie DNA, DNA i chromosomy, metody stosowane do badania struktury DNA, DNA jako matryca w procesie transkrypcji - zasady procesu transkrypcji, organizacja sekwencji DNA, kompleks transkrypcyjny, regulacja procesu transkrypcji, transkrypcja a nukleosomy. Kolejnym cyklem tematów są sprawy związane ze strukturą i funkcją różnych rodzajów RNA, m.in.: procesy dojrzewania RNA (splicing, capping, poliadenylacja), transport wewnątrzkomórkowy kwasów rybonukleinowych i jego regulacja, mechanizmy biosyntezy białka. Sporo miejsca w wykładach poświęcone jest molekularnym mechanizmom oddziaływania faktorów białkowych z odpowiednimi strukturami kwasów nukleinowych w kluczowych dla biologii molekularnej procesach. Wydzielony blok wykładów obejmuje tematy związane z inżynierią genetyczną, w tym: uzyskiwanie genu do rekombinacji, wprowadzanie rekombinowanego genu do komórek pro- i eukariotycznych, analiza zrekombinowanych komórek, sekwencjonowanie genów i genomów, praktyczne wykorzystanie genetyki molekularnej (molekularna medycyna, kontrolowane modyfikacje genetyczne mikroorganizmów roślin i zwierząt).

Genetyka molekularna, red. Piotr Węgleński.

Nowe tendencje w biologii molekularnej i inżynierii genetycznej oraz medycynie, Wyd. Sorus, Poznań.

A. Jerzmanowski, Geny i ludzie.

L. Stryer, Biochemia.

T. A Brown, Genomy.

Biochemia (dla studentów Biofizyki).

Egzamin.

Przedmiot: 517 Pracownia Biofizyki Molekularnej

Koordynator: dr hab. Jan Antosiewicz

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.:

Liczba godzin ćw./tydz.: 12

Kod: 13.905517

Liczba punktów kredytowych: 15

Cel: Zapoznanie z doświadczalnymi i teoretycznymi metodami badania białek i kwasów nukleinowych, stosowanymi w Zakładzie Biofizyki oraz w kilku współpracujących z Zakładem laboratoriach w Instytutach Polskiej Akademii Nauk. Pracownia obejmuje wykonanie dwóch wybranych przez studenta ćwiczeń, każde po około 70 godzin zajęć.

1. Badanie mechanizmu działania enzymów metodami spektroskopii fluorescencji statycznej i czasoworozdzielczej.
2. Pomiary fosforescencji białek w matrycach niskotemperaturowych, analiza przejść elektronowych i określenie czasów życia stanów trypletowych w białkach.
3. Kinetyka procesów asocjacji białko-ligand badana metodami spektroskopii zatrzymanego-przepływu.
4. Określanie konformacji podjednostek kwasów nukleinowych metodami spektroskopii jądrowego rezonansu magnetycznego.
5. Wyznaczanie struktury pierwszorzędowej peptydu z widm jądrowego rezonansu magnetycznego.
6. Określanie form tautomerycznych podjednostek kwasów nukleinowych metodami spektroskopii w podczerwieni.
7. Spektroskopia w podczerwieni cząsteczek izolowanych w gazowych matrycach niskotemperaturowych.
8. Zastosowanie metod biologii molekularnej do tworzenia rekombinowanych genów i otrzymywanie produktów tych genów.
9. Badanie elektrostatycznych właściwości białek i kwasów nukleinowych w roztworze metodami elektrodynamiki ośrodków ciągłych w oparciu o model Poissona-Boltzmanna.
10. Badanie dielektrycznych właściwości wody metodami Monte Carlo i dynamiki molekularnej.
11. Badanie dynamiki konformacyjnej białek i kwasów nukleinowych metodami dynamiki molekularnej.
12. Kinetyka procesów asocjacji białko-ligand badana metodami dynamiki brownowskiej.

Proponowane podręczniki: literatura podawana jest przez asystenta stosownie do tematu i zakresu ćwiczenia.

Pracownia Chemii Fizycznej dla studentów IV roku biofizyki.

Pracownia Biochemii dla studentów IV roku biofizyki - opcja biofizyki doświadczalnej - lub Fizyka statystyczna I (od roku 2002/2003 Termodynamika fenomenologiczna i Mechanika statystyczna) - opcja biofizyki teoretycznej.

Średnia ocen z obu ćwiczeń.

Przedmiot: 518 Wstęp do metod modelowania matematycznego i komputerowego w naukach przyrodniczych

Wykładowca: prof. dr hab. Bogdan Lesyng

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Kod: 11.005518

Liczba punktów kredytowych: 5

Wykład przeznaczony jest dla studentów nauk przyrodniczych (fizyki,chemii, biologii oraz międzywydziałowych studiów matematyczno-przyrodniczych) oraz matematyki i informatyki.

1. Teoria i eksperyment. Modelowanie i symulacje procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Redukcjonizm.
2. Współczesne architektury komputerowe. Superskalarne stacje robocze. Komputery dużej mocy o architekturach skalowalnych równoległych i wektorowo/równoległych.
3. Trajektorie w przestrzeni fazowej. Klasyfikacja systemów dynamicznych. Procesy stochastyczne i kwantowe.
4. Przybliżenie Borna Oppenheimera. Przegląd popularnych kwantowych metod: metoda orbitali molekularnych (MO), wiązań walencyjnych (VB) i funkcjonału gęstości elektronowej (DFT).
5. Generatory liczb losowych. Algorytmy Monte-Carlo (MC)
6. Algorytmy dynamiki molekularnej (MD). Stabilność numeryczna algorytmów MD.
7. Symulacje układów dyskretnych w stanach równowagowych:
• Podstawowe zespoły statystyczne i właściwości termodynamiczne.
• Mikroskopowy obraz ciśnienia, temperatury oraz ciepła właściwego.
• Symulacje energii swobodnej. Całkowanie termodynamiczne.
8. Symulacje ewolucji układów dyskretnych:
• Czasowe funkcje korelacji. Współczynniki transportu. Proste procesy dyfuzyjne.
• Lepkość i inne właściwości makroskopowe. Czasowo-przestrzenne funkcje korelacji.
9. Przegląd wybranych zastosowań. Proste układy materiałowe i biomolekularne.

Uwaga: Wykład odbywa się w siedzibie ICM, budynek Matematyki, Banacha 2, sala 5470. Pierwszy wykład: środa, 8 października. Terminy ćwiczeń będą ustalone na pierwszym wykładzie.

M. P. Allen, D.J.Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Clarendon Press, Oxford, 1989.

J. M. Haile, Molecular Dynamics Simulation. Elementary Methods, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1992.

R. W. Hockney, J.W.Eastwood, Computer Simulation Using Particles, McGraw Hill, New York, 1981.

A. R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications (2nd Edition), Prentice Hall; ISBN: 0582382106, 2001.

B. Lesyng, Simulations of Biomolecular Systems and Processes: Perspectives and Limitations, in "Modelling and Simulation: A Tool for the Next Millenium", 13th European Simulation Multiconference, June 1-4, 1999, Warsaw, Poland. A Publication of the Society for Computer Simulation International, vol. 1, pp. 26-32, 1999.

Od uczestników oczekiwana jest znajomość podstaw fizyki teoretycznej oraz programowania w C++ i/lub FORTRANie.

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin.

Przedmiot: 519 Biofizyka Molekularna II

Wykładowca: dr hab. J. Antosiewicz - koordynator, dr hab. A. Bzowska, dr hab. B. Kierdaszuk, prof. dr hab. R. Stolarski

Semestr: letni

Liczb godzin wykł./tydz.: 4

Liczb godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.905519

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Teoretyczne i doświadczalne podstawy metod relaksacyjnych.
2. Zastosowanie metod spektroskopii zatrzymanego przepływu i skoku temperatury w badaniach reakcji enzymatycznych, asocjacji receptor-ligand, zwijania białek i przejść strukturalnych w kwasach nukleinowych.
3. Zastosowanie metod spektroskopii skoku pola elektrycznego w określaniu struktury dużych kompleksów biomolekularnych.
4. Doświadczalne i teoretyczne metody badania równowag protonacyjnych grup funkcyjnych w biopolimerach.
5. Zastosowanie metod dynamiki brownowskiej w określaniu stałych szybkości asocjacji receptor-ligand.
6. Krystalografia białek - ogólne omówienie możliwości metody, podstaw fizycznych i teoretycznych, technik doświadczalnych, etapów rozwiązywania struktury białek oraz problemów, jakie stwarzają poszczególne etapy, problem fazowy, zdolność rozdzielcza.
7. Krystalizacja białek - czynniki wpływające na rozpuszczalność białek, nukleację i wzrost kryształów, diagram fazowy dla rozpuszczalności białek, najczęściej stosowane precypitanty, techniki krystalizacyjne - metoda wiszącej i siedzącej kropli, dializa, mikro- i makroposiew, “screeny”; jakość i właściwości kryształów białek.
8. Ogólne scharakteryzowanie metody magnetycznego rezonansu jądrowego w świetle zastosowań w naukach biologicznych.
9. Nieinwazyjne badanie metabolizmu komórek i tkanek (in vivo NMR).
10. Obrazowanie struktur i funkcji żywych organizmów- magnetic resonance imiging (MRI).
11. Łączenie technik “in vivo NMR” i “MRI”:topical magnetic resonance (TMR) i chemical shift imaging (CSI).
12. Badanie dynamiki i struktur błon biologicznych technikami “broad line” i “cross-polarization magic angle spinning” (CPMAS).
13. Podstawowa wiedza o emisji fluorescencji i fosforescencji cząsteczek, aparatura dla spektroskopii emisyjnej.
14. Pomiary czasów życia stanów wzbudzonych.
15. Interpretacja zaników natężenia emisji fluorescencji i fosforescencji.
16. Jednoczesna absorpcja dwóch fotonów - doświadczalne potwierdzenie przewidywań teoretycznych, podobieństwa i różnice między fluorescencja powstająca w wyniku wzbudzeń jedno - i dwu-fotonowych.
17. Polaryzacja (anizotropia) wzbudzenia i emisji, zaniki anizotropii fluorescencji - czas korelacji rotacyjnej i jego związek z dynamiką cząsteczek biologicznych.
18. Rezonansowe przeniesienie energii fluorescencji (FRET).
19. Wielofotonowe techniki w mikroskopii konfokalnej.
20. Obrazowanie strukturalne preparatów komórkowych i tkankowych - sondy emisyjne.
21. Spektroskopia dichroizmu kołowego (CD) - zastosowania w badaniach struktury białek.
22. Widma absorpcji w podczerwieni (IR) białek i kwasów nukleinowych.

1. C. R. Cantor i P. R. Schimmel, Biophysical Chemistry.
2. C. F. Bernasconi, Relaxation Kinetics.
3. J. A. McCammon i S. Harvey, Dynamics of Proteins and Nucleic Acids.
4. T. L. Blundell i L. N. Johnson, Protein Crystallography.
5. K. Wuthrich, NMR in Biological Research: Peptides and Proteins.
6. J. R. Lakowicz, Principles of fluorescence spectroscopy.
7. A. R. Fersht, Enzyme Structure and Mechanism.

W. Saenger, Principles of Nucleic Acid Structure.

Biofizyka Molekularna I, Wstęp do Spektroskopii Molekularnej.

Egzamin pisemny.

Przedmiot: 520 Metody bioinformatyki i modelowania układów

Wykładowca: prof. dr hab. Bogdan Lesyng

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Kod: 11.005520

Liczba punktów kredytowych: 5

Wykład przeznaczony jest głównie dla studentów starszych lat nauk przyrodniczych: fizyki, chemii i biologii jak również dziedzin interdyscyplinarnych. Od studentów oczekuje się znajomości podstaw fizyki oraz nauk obliczeniowych.

Program:

• Od sekwencji do struktury kwasów nukleinowych i białek.
• Narzędzia biologii molekularnej: enzymy restrykcyjne, elektroforeza, hybrydyzacja, klonowanie, sekwencjonowanie DNA.
• Metody analizy sekwencji kwasów nukleinowych i białek

• Dwuwymiarowe wykresy (”dot plots”),
• Proste uliniowienia (”aligments”),
• przerwy (“gaps”),
• algorytmy Needlemana i Wunscha,
• globalne i lokalne uliniowienia,
• algorytm Smitha-Watermana,
• algorytmy BLAST, FASTA i pochodne,
• uliniowienia wielu sekwencji jednocześnie.

• Wzory podstawień

• Schematy podstawień wewnątrz genów,
• oszacowania podstawień,
• molekularny zegar.

• Filogeneza bazująca na pojęciu odległości

• Molekularna filogeneza,
• Drzewa filogenetyczne,
• metoda macierzy odległości.

• Inne metody filogenetyczne.
• Genomika i rozpoznawanie genów.
• Ekspresja genów.
• Trzeciorzędowa struktura białek i metody jej przewidywania.
• Algorytmy zwijania białek.
• Przewidywania struktury drugorzędowej RNA.
• Elementy proteomiki.
• Jak zrozumieć strukturę i funkcję złożonych układów układów biomolekularnych ?
• Fizyka układów (bio)molekularnych.

• Kwantowe teorie układów molekularnych,
• Kwantowe modele oddziaływań międzycząsteczkowych,
• podstawy fizyki statystycznej i związku wielkości mezoskopowych i/lub makroskopowych z teoriami mikroskopowymi.

• Zatosowania kwantowych teorii w badaniach stabilności strukturalnej układów biomolekularnych, w tym nośników kodu genetycznego.
• Metody atomowej mechaniki i dynamiki molekularnej (MM i MD) oraz ich zastosowania w badaniach kwasów nukleinowych i białek.
• Metody Monte-Carlo.
• Energia swobodna układów biomolekularnych i sposoby jej symulacji.
• Mikroskopowy i mezoskopowy opis oddziaływań elektrostatycznych w układach biomolekularnych, modele Poissona-Boltzmanna.
• Mezoskopowy opis oddziaływań hydrofobowych w układach biomolekularnych.
• Mechanizmy specyficznego rozpoznawania się układów biomolekularnych, mechanizmy tworzenia złożonych struktur.
• Wybrane zagadnienia projektowania leków.
• Modele kwantowej oraz kwantowo-klasycznej dynamiki molekularnej i ich zastosowania w badaniu funkcji wybranych układów, m.in. enzymów.
• Wybrane zagadnienia modelowania wieloskalowego układów i procesów biomolekularnych.

Zajęcia odbywają się we wtorki godz. 12-14 oraz w środy godz. 12-14, sala ICM UW 5470 w budynku Matematyki, Banacha 2, wejście od Pasteura.

Proponowane podręczniki:

Od studentów oczekuje się znajomości podstaw fizyki oraz nauk obliczeniowych.

Forma zaliczenia:

Przedmiot: 521 Pracownia genetyczna

Wykładowca: prof. dr hab. Piotr Cegłowski (IBB PAN)

Semestr: letni

Liczb godzin wykł./tydz.: 0

Liczb godzin ćw./tydz.: 4

Kod: 13.905521

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Podłoża i podstawowe techniki mikrobiologiczne.

1. Koniugacja u bakterii, transdukcja, transformacja komórek kompetentnych.

1. Wirusy bakteryjne - oznaczanie miana bakteriofagów oraz indukcja profaga u szczepów Lactococcus.

1. Klonowanie genów w Escherichia coli (trawienie DNA endonukleazami restrykcyjnymi i jego ligacja z wektorem).
2. Transformacja bakterii oraz metody selekcji i różnicowania transformantów.
3. PCR kolonijny w analizie transformantów.
4. Izolacja plazmidowego DNA z transformantów i analiza restrykcyjna.
5. Geny reporterowe i metody oznaczania ich biologicznej aktywności.

1. Zastosowanie technik mikrobiologicznych oraz metod biologii molekularnej w badaniach naukowych i biotechnologii.

L. Stryer, Biochemia.

T.A. Brown, Genomy.

Piotr Węgleński (red.), Genetyka Molekularna.

P.C. Winter, G.I. Hickey, H.L.Fletcher, Genetyka: Krótkie Wykłady.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Zaliczenie na ocenę.

Przedmiot: 431 Pracownia chemii fizycznej (dla studentów Biofizyki)

Wykładowca: dr Elżbieta Bojarska

Semestr: zimowy i letni

Liczb godzin wykł./tydz.: 0

Liczb godzin ćw./tydz.: 6

Kod: 13.304431

Liczba punktów kredytowych: 15

Cel: zapoznanie studentów z podstawowymi metodami doświadczalnymi stosowanymi w Zakładzie Biofizyki IFD w badaniach procesów fizykochemicznych związków biologicznie aktywnych (składników kwasów nukleinowych i białek, koenzymów).

Program:

Zajęcia obejmują podstawowe techniki pracy laboratoryjnej (przygotowywanie roztworów, pomiary pH, obliczanie siły jonowej, wyznaczanie stężeń roztworów) oraz badania procesów fizykochemicznych zachodzących w roztworach elektrolitów (równowagi kwasowo-zasadowe, równowagi redoks, równowagi tautomeryczne) przy pomocy różnych metod doświadczalnych: spektroskopii absorpcyjnej UV/VIS, IR, fluorescencji, NMR oraz metod elektrochemicznych.

P.W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej

Praca zbiorowa, Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji zwiazków organicznych

A. Cyganski, Metody elektroanalityczne

C. A. Parker, Photoluminescence of solutions

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Forma zaliczenia: średnia ocen z wykonanych ćwiczeń (na ocenę każdego ćwiczenia składa się wynik kolokwium wstępnego, wykonanie ćwiczenia, opis, kolokwium końcowe)

Przedmiot: 435 Podstawy biologii komórki i organizmu człowieka

Wykładowca: prof. dr hab. med. Jan Doroszewski

Semestr: zimowy

Liczb godzin wykł./tydz.: 2

Liczb godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 12.904435

Liczba punktów kredytowych:2,5

Przedstawienie w syntetycznej i nowoczesnej formie wybranych elementów cytologii i fizjologii zwłaszcza z punktu widzenia związków z fizyką medyczną.

Program: Przedmiotem wykłady są podstawowe zasady budowy i funkcji komórek (ze specjalnym uwzględnieniem komórek mięśniowych i nerwowych) oraz wybranych tkanek i układów, zwłaszcza układu krążenia, układu nerwowego i układu wewnętrznego wydzielania. Omówione są również zależności łączące prawidłowe i patologiczne zjawiska na poziomie komórkowym, narządowym i ustrojowym, zwłaszcza związane z procesami regulacyjnymi ich zaburzeniami. Tematyka obejmuje również zasady działania podstawowych metod badawczych stosowanych w badaniach cytologicznych i niektórych metod terapeutycznych.

W. Z. Traczyk i A. Trzebski (red.) Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej, wyd. 2, PZWL.

W. Z. Traczyk, Fizjologia człowieka w zarysie.

J. Kawiak i in. (red.), Postawy cytofizjologii, PWN.

A. Pilawski (red.), Podstawy biofizyki - podręcznik dla studentów medycyny, PZWL.

R. K. Murray i in (red.), Biochemia Harpera, wyd. 3, PZWL.

J. Sokołowska-Pituchowa (red.), Anatomia człowieka, wyd. 5, PZWL.

A. Michajlik, W. Ramotowski, Anatomia i fizjologia człowieka.

Patofizjologia - podręcznik dla studentów medycyny, PWZL.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Egzamin ustny.

Przedmiot: 436 Fizyczne podstawy radiodiagnostyki

Wykładowca: prof.dr hab. Jerzy Tołwiński

Semestr: zimowy

Liczb godzin wykł./tydz.: 4

Liczb godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.204436

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Problematyka fizyczna w radodiagnostyce.
2. Techniki badań diagnostycznych (rozwój historyczny i technologiczny)
3. Diagnostyczna aparatura obrazująca
4. Źródła promieniowania w technikach obrazowania
5. Detektory promieniowania
6. Dozymetria promieniowania X i gamma
7. Oddziaływanie promieniowania z materią w zakresie energii stosowanych w diagnostyce
8. Parametry fizyczne urządzeń obrazujących.
9. Odwzorowanie obiektu na płaszczyznę obrazu
10. Metody statystyczne w obrazowaniu medycznym
11. Zniekształcenia obrazu wprowadzane przez aparaturę odwzorowującą
12. Techniki cyfrowe w diagnostyce medycznej
13. Przetwarzanie danych cyfrowych
14. Metody prezentacji obrazów
15. Metody oceny jakości obrazów (Teoria detekcji sygnałów)
16. Dawki otrzymywane przez pacjentów w badaniach diagnostycznych
17. Badania fantomowe w technikach obrazowania
18. Kontrola jakości pracy aparatury diagnostucznej.
19. Rola fizyka medycznego w obrazowaniu medycznym.

Zbiór podręczników i czasopism w bibliotece Zakładu Fizyki Medycznej Centrum Onkologii w Warszawie do korzystania na miejscu w godzinach pracy Zakładu.

Nie ma.

Końcowy indywidualny egzamin ustny.

Przedmiot: 467 Wnioskowanie statystyczne

Wykładowca: dr Piotr Durka

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Kod: 11.204467

Liczba punktów kredytowych: 5

Wykład przygotowuje do świadomego i poprawnego stosowania najczęściej wykorzystywanych w praktyce (nie tylko naukowej) metod statystycznych.

I. Statystyka z komputerem zamiast wzorów (resampling statistics, repróbkowanie):

• Monte Carlo.
• Bootstrap.
• Testy permutacyjne.

II. Podstawy teorii klasycznej:

• Prawdopodobieństwo: definicje i podstawowe rozkłady (jednostajny, dwumianowy, Poissona, Gaussa, Studenta, Chi^2).
• Centralne Twierdzenie Graniczne.
• Statystyki i estymatory.
• Weryfikacja hipotez statystycznych (przykłady: test Studenta, chi^2, analiza wariancji).
• Testy nieparametryczne (przykłady: test serii Walda-Wolfowitza i test rang Wilcoxona-Manna-Whitneya).
• Metoda największej wiarygodności.
• Krótko: twierdzenie Bayesa, analiza dyskryminacyjna, analiza skupień.

Ćwiczenia prowadzone z użyciem programu Matlab, wprowadzanego od podstaw.

Rozdawany na zajęciach skrypt Wstęp do współczesnej statystyki stosowanej: Monte Carlo, bootstrap i metody klasyczne.

Teorię klasyczną opisują szerzej np. Statystyka dla Fizyków R. Nowak, PWN 2002, Wnioskowanie Statystyczne L. Gajek i M. Kałuszka, WNT 2000, Probabilistyka A. Plucińska, E. Pluciński, WNT 2000.

Analiza, Algebra, Programowanie/Metody Numeryczne.

Indywidualny egzamin praktyczny z materiału ćwiczeń, egzamin ustny z wykładu.

Przedmiot: 437 Analiza sygnałów

Wykładowca: dr Piotr Durka

Semestr: letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Kod: 11.204437

Liczba punktów kredytowych: 5

Wykład obejmuje podstawy klasycznej (widmowej) i współczesnej (falki, czas-częstość) analizy sygnałów:

• Podstawy:
  przestrzeń Hilberta, współczynniki Fouriera, pojęcie złożoności obliczeniowej algorytmu - notacja O(.), problemy NP-trudne. Zapis cyfrowy sygnałów i korekcja błędów.
• Klasyczna analiza sygnałów:
  Systemy liniowe niezmiennicze w czasie (LTI): szereg i transformata Fouriera, funkcja odpowiedzi impulsowej.
  Twierdzenie o splocie i efekt okna prostokątnego w liczeniu widma mocy skończonych odcinków sygnału.
  Procesy AR, ARMA. Przekształcenie Z. Funkcja systemu.
  Próbkowanie sygnałów ciągłych - twierdzenie Nyquista, aliasing (dlaczego CD próbkowane są z częstością powyżej 40 kHz?).
  Teoria i praktyka konstrukcji cyfrowych filtrów częstościowych.
  Procesy stochastyczne, estymacja widma mocy.
• Pomiędzy czasem a częstością:
  zasada nieoznaczoności Heisenberga, spektrogram, przekształcenie Wignera, falki (wavelets), przybliżenia adaptacyjne (matching pursuit).
• Krótko: analiza sygnałów wielowymiarowych (PCA, ICA), algorytmy genetyczne, kompresja sygnałów (mp3, jpeg, mpeg).

Ćwiczenia prowadzone z użyciem programu Matlab, wprowadzanego od podstaw na ćwiczeniach do wykładu “Wnioskowanie Statystyczne”.

Żaden podręcznik nie odpowiada ściśle programowi wykładu. Na zajęciach rozdawany jest skrypt obejmujący większość poruszanych zagadnień.

Teoria klasyczna przedstawiona jest m. in. w: Metody analizy szeregów czasowych A.G. Piersol, J.S. Bendat, PWN, Warszawa 1976 oraz Analiza Szeregów Czasowych G.E.P. Box, G.M. Jenkins PWN, Warszawa, 1983. Problemy NP-trudne i notcja O(.) w Rzecz o Istocie Informatyki. Algorytmika D. Harel, WNT, Warszawa 1992. Wreszcie dla ambitnych - świetna pozycja prezentująca większość poruszanych zagadnień od strony bardziej matematycznej niż praktycznej, w jęz. angielskim: A Wavelet Tour of Signal Processing, S. Mallat, Academic Press.

Analiza, Algebra, Programowanie/Metody Numeryczne, Wnioskowanie Statystyczne.

Indywidualny egzamin praktyczny z materiału ćwiczeń, egzamin ustny z wykładu

Przedmiot: 438 Bioelektryczność i elementy biocybernetyki

Wykładowca: prof. dr hab. Katarzyna Cieślak-Blinowska

Semestr: zimowy i letni

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.904438

Liczba punktów kredytowych: 4,5

1. Zjawiska jonowe w komórkach nerwów i mięśni. Powstawanie różnicy potencjałów w poprzek błony aktywnej. Teoria Hodgkina Huxleya.
2. Propagacja pobudzenia elektrycznego. Przewodnictwo skokowe. Przewodnictwo synaptyczne i potencjały postsynaptyczne. Transmisje w zespołach neuronów.
3. Zjawiska elektryczne w komórkach mięśniowych. Sterowanie mięśniami.
4. Zjawiska elektryczne w narządach zmysłów. Aktywna transdukcja bodźca. Mechanizmy zapewniające wysoką czułość i rozdzielczość.
5. Przewodnictwo objętościowe. Właściwości elektryczne tkanki i ich wpływ na potencjały mierzone w różnych reżimach eksperymentalnych.
6. Elementy analizy sygnałów stochastycznych.
7. Powstawanie, rejestracja, metody analizy sygnałów elektrycznych i magnetycznych: EEG, EP, EMG, ERG, EOG, EDG, MEG, MKG.
8. Modelowanie aktywności populacji neuronów. Teoria Freeman'a.
9. Sieci neuropodobne. Neurony formalne. Perceptron i Adaline. Modele pamięci asocjacyjnej - sieci Hopfielda. Sieci wielowarstwowe ze szczególnym uwzględnieniem metody propagacji wstecznej błędu. Uczenie nadzorowane, uczenie bez nadzoru, uczenie ze wzmocnieniem.

P. Nunez, Electric fields of the brain.

W.J. Freeman, Mass action in the nervous system.

J. Hertz, A. Krogh, R. Palmer, Wstęp do teorii obliczeń neuronowych.

Elektrodynamika.

Egzamin ustny.

Przedmiot: 439 Pracownia Fizyki Medycznej

Wykładowca: prof. Katarzyna Cieślak-Blinowska

Semestr: zimowy i letni

Liczb godzin wykł./tydz.: 0

Liczb godzin ćw./tydz.: 6

Kod: 13.904439

Liczba punktów kredytowych: 12(za semestr)

Pracownia ma za zadanie zapoznanie studentów z różnymi technikami z dziedziny fizyki medycznej i inżynierii biomedycznej oraz z aparaturą stosowana w diagnostyce i terapii, niejednokrotnie o unikalnym charakterze.

Pracownia obejmuje cztery ćwiczenia o różnej tematyce, wykonywane w PFM UW i innych instytucjach o profilu medycznym lub technicznym. Tematyka Pracowni dotyczy: analizy sygnałów biologicznych ( w szczególności EEG i EMG), radioterapii, radiodiagnostyki, technik ultradźwiękowych w medycynie.

Proponowane podręczniki:

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Średnia ocen uzyskanych z poszczególnych ćwiczeń.

Przedmiot: 441 Fizyczne problemy radioterapii

Wykładowca: dr Wojciech Bulski

Semestr: letni

Liczb godzin wykł./tydz.: 2

Liczb godzin ćw./tydz.: 1

Kod: 12.904441

Liczba punktów kredytowych: 4

1. Oddziaływanie promieniowania jonizacyjnego z materią
2. Dozymetria promieniowania jonizującego: detektory, metody pomiarowe
3. Urządzenia do teleradioterapii : bomby kobaltowe, akceleratory, cyklotrony etc., zasady konstrukcji i działania
4. Systemy zapewnienia jakości w teleradioterapii
5. Techniki teleradioterapii : teleradioterapia, stacjonarna, dynamiczna, technika konformalna, stereotaksja, modulacja intensywności dawki
6. Planowanie leczenia w teleradioterapii, systemy planowania leczenia
7. Obrazowanie medyczne w planowaniu i realizacji radioterapii
8. Dane dozymetryczne dla systemów planowania leczenia
9. Modele matematyczne obliczania rozkładów dawki w radioterapii
10. Izotopy promieniotwórcze stosowane w brachyterapii
11. Techniki stosowane w brachyterapii i urządzenia afterloading
12. Systemy planowania leczenia w brachyterapii
13. Systemy zapewnienia jakości w brachyterapii
14. Komputerowe systemy zarządzania radioterapią.

G. Pawlicki i in., Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000. Fizyka medyczna, Tom 9.

J. R Williams, D.I Thwaites, Radiotherapy physics, Oxford University Press, New York, 2000.

F. M. Khan, The physics of radiation therapy.

A. Hryniewicz, Człowiek i promieniowanie jonizujące.

A. Hryniewicz, E. Rokita, Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Egzamin ustny.

Przedmiot: 524 Matematyczne modelowanie procesów w biologii i medycynie

Wykładowca: dr Jarosław Żygierewicz

Semestr: zimowy

Liczb godzin wykł./tydz.: 2

Liczb godzin ćw./tydz.: 2

Kod: 11.005524

Liczba punktów kredytowych: 5

1. Wprowadzenie.
2. Modele w naukach biologicznych: Modele fizyczne, statyczne, dynamiczne.
3. Elementy analizy jakościowej modeli dynamicznych przestrzennie jednorodnych (analiza stanów stacjonarnych, bifurkacje, analiza cykli granicznych, obrazy fazowe)

1. Modele dyskretne:

1. Dyskretne modele populacyjne - pajączki i chaos
2. Dyskretne modele populacyjne - oddziaływanie między populacjami
3. Chaos w układach deterministycznych

2. Modele ciągłe:
3. Modele liczebności pojedynczej populacji i dwóch oddziałujących populacji
4. Ciągłe modele liczebności: kultywtor przepływowy
5. Elementy kinetyki reakcji chemicznych z udziałem enzymów: metoda stężeń quasi stacjonarnych, łańcuchy reakcji enzymatycznych

4. Modelowanie neuronów biologicznie realistycznych:

1. Modelowanie kompartmentowe neuronów

1. Model Hodgkina-Huxleya
2. Teoria Ralla
3. Model Fitzhugh-Nagumo
4. Model integrate and fire, leaky integrator

2. Modele populacji neuronów

1. Model Wilsona i Cowana
2. Model Freemana

Materiały do wykładu i ćwiczeń można znaleźć na stronie http://brain.fuw.edu.pl/~jarek/MODELOWANIE/Modelowanie.html .

Algebra, Analiza matematyczna I i II , Metody numeryczne

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin pisemny i ustny.

Przedmiot: 525 Biochemia dla Fizyki Medycznej

Wykładowca: dr hab. Ewa Kulikowska

Semestr: zimowy

Liczb godzin wykł./tydz.: 2

Liczb godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.605525

Liczba punktów kredytowych:2.5

1. Komórka prokariotyczna i eukariotyczna, zwierzęca i roślinna.
2. Białka. Funkcje, struktura I-,II-, III- i IV-rzędowa, budowa domenowa (bazy danych). Wiązania i siły strukturotwórcze w białkach. Denaturacja i renaturacja białek. Mechanizmy zmian konformacji (i aktywności) białek: allosteria, fosforylacja, wiązanie GTP.
3. Enzymy.Rola enzymu,teoria stanu przejściowego, model miejsca aktywnego. Reakcje enzymatyczne egzoergiczne i endoergiczne . Model kinetyczny Michaelisa-Menten. Aktywacja i inhibicja enzymów (kinetyka), enzymy allosteryczne. Fosforylacja enzymów. Molekularne mechanizmy katalizy enzymatycznej. Rybozymy.
4. Metabolizm - kierunki aktywności. Katabolizm i anabolizm. Utlenianie i redukcja. Mechanizmy generacji ATP. Zarys budowy węglowodanów i lipidów. Fosforylacja substratowa. Etapy katabolizmu białek, węglowodanów i lipidów. Cykl Krebsa (sprzężony z łańcuchem transportu elektronów), jego rola amfiboliczna, drogi zasilania i odpływu metabolitów, bilans i regulacja cyklu. Lokalizacja procesów w komórce.
5. Utlenianie biologiczne. Cykl węgla i tlenu w biosferze. Sprzężenie metabolizmu autotrofów i heterotrofów. Podstawy bioenergetyki. Sprzężenie przez ATP procesów endo- i egzoergicznych. Lańcuch oddechowy, przenośniki elektronów i ich wzorcowe potencjały redukcyjne. Mechanizm chemiosmotyczny fosforylacji oksydacyjnej.
   Budowa mitochondrium - lokalizacja procesów. Bilans energetyczny fosforylacji oksydacyjnej i substratowej - porównanie.
6. Fotosynteza. Reakcje świetlne i ciemniowe. Zarys cyklu Calvina. Budowa chloroplastu (lokalizacja procesów) i porównanie z mitochondrium. Kompleks antenowy i jego pigmenty. Fotochemiczne pompowanie cząsteczki chlorofilu. Transport elektronów w procesach fosforylacji fotosyntetycznej cyklicznej i niecyklicznej, przenośniki elektronów. Fotosystemy I i II.
7. Kwasy nukleinowe. Struktura i funkcje - centralny dogmat biologii molekularnej. Budowa DNA oraz chromosomu bakteryjnego i eukariotycznego. Geny mozaikowe - splicing. Plzmidy. Transposony. Replikacja DNA. Mutacje, procesy reperacji DNA. Mutacje a etiologia nowotworów. RNA: budowa i funkcje tRNA, rRNA i mRNA.Transkrypcja. Translacja - biosynteza białka. Kod genetyczny.Podstawy inżynierii genetycznej. Przyczyny nowotworów.
8. Wirusy DNA i wirusy RNA, bakteriofagi - budowa, główne typy, ogólny schemat cyklu życiowego. Fagi lizogenne. Wirus HIV - cykl życiowy. Wiroidy i ewolucja wirusów.
9. Błony komórkowe i transport błonowy. Funkcje, skład chemiczny i budowa błon. Transport bierny i aktywny, związek ze zmianą entalpii swobodnej, mechanizmy. Kanały i pory błonowe, rodzaje kotransportu, przenośniki, jonofory. ATP-azowa pompa sodowo-potasowa:bilans działania, budowa podjednostkowa, mechanizm cyklicznej fosforylacji.
   Pompa wapniowa regulowana przez kalmodulinę.
10. Proces widzenia. Budowa oka i siatkówki, pręciki i czopki. Potencjał czynnościowy i spoczynkowy na błonie neuronu pręcikowego. Kanały Na+ - rola cGMP. Mechanizm widzenia - rola rodopsyny, retinalu, opsyny, transducyny i cyklazy cGMP.
11. Skurcz mięśnia. Budowa komórki mięśniowej. Filamenty cienkie i grube miofibryli. Cykliczny mechanizm skurczu - budowa i rola miozyny-ATPazy, aktyny, troponiny C i tropomiozyny. Regulacyjna rola Ca++ - kalsekwestryna.
12. Regulacja metabolizmu. Mechanizmy regulacyjne:
    I. Poprzez zmianę ekspresji genów. U prokariotów - model indukcji i ekspresji (operon lac), u eukariotów - 2 typy białek regulatorowych genów (powtarzalne domeny typu “suwaka leucynowego”). Kombinatoryczna kontrola transkrypcji.
    II. Poprzez zmianę konformacji (i funkcji) białek.
    III. Przy pomocy struktur: regulacyjna rola przedziałowości komórki eukariotycznej oraz integracji procesów biochemicznych w kompleksach enzymatycznych.
    Drogi przekazu sygnałów regulacyjnych do komórek ( cząsteczki sygnałowe: hormony, czynniki wzrostu, przekazniki nerwowe) i ich receptory błonowe. Receptorowe kinazy tyrozynowe. Wewnątrzkomórkowe kinazowe kaskady sygnalizacyjne i ich elementy. Rola białek G, kalmoduliny, Ca++, cAMP.”Krzyżowe rozmowy” szlaków sygnalizacyjnych i integracja informacji regulacyjnych. Sygnalizacja a powstawanie nowotworów.
13. Regulacja przez układ nerwowy. Układ nerwowy sympatyczny i parasympatyczny, neurony, synapsy.Kanały jonowe - różne rodzaje bramkowania. Struktura molekularna kanałów bramkowanych napięciem i bramkowanych przekaźnikiem nerwowym (receptor acetylocholinowy typu N). Mechanizmy przewodzenia potencjału czynnościowego wzdłuż neuronu i na synapsach (rola Ca++ i kalmoduliny). Mechanizmy zmiany sygnału elektrycznego w chemiczny i odwrotnie. Synapsy,receptory i przekaźniki nerwowe pobudzające i hamujące (EPSP i IPSP). Integracja synaptyczna. Ważniejsze neurotransmitery i neuromodulatory, ich związek z lekami i truciznami. Pamięc - badania modelowe na bezkręgowcach i kręgowcach. Zmiany biochemiczne w synapsach towarzyszące procesom zapamiętywania. Rola cAMP, Ca++ i kinaz białkowych, glikozylacja białek.
14. Powstanie życia na Ziemi i ewolucja organizmów. Synteza prebiotyczna i jej symulacje. “Świat RNA” i “świat DNA”. Kalendarz wydarzeń od powstania Ziemi, etapy ewolucji biochemicznej i drzewo filogenetyczne organizmów. Motory ewolucji: zmiennośc organizmów i jej źródła, dobór naturalny. Ewolucja Człowieka od Australopiteka do Homo sapiens, migracje z Afryki. Rozmaite wizje ewolucji.

B. Alberts i in., Podstawy biologii komorki.

L. Stryer, Biochemia.

Wstęp do biofizyki.

Egzamin ustny.

Przedmiot: 526 Radiometria i radioekologia

Wykładowca: dr Bogumiła Mysłek-Laurikainen

Semestr: zimowy

Liczba godzin wykł./tydz.: 2

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Kod: 13.505526

Liczba punktów kredytowych: 2,5

1. Promieniowanie w środowisku naturalnym. Monitoring środowiska w Polsce.
2. Dawka graniczna, dawka pochłonięta i dawka skuteczna.
3. Zagrożenie radiacyjne w medycynie nuklearnej i radiologii, narażenie medyczne.
4. Skutki uwolnień radioaktywnych w środowsku naturalnym (Czarnobyl, fabryki przerobu paliwa, próbne wybuchy jądrowe).
5. Krótkotrwałe i długotrwałe skutki narażenia radiacyjnego.
6. Mikrodozymetria i hormeza.
7. Ogólne zasady pracy ze źródłami promieniowania.

Proponowane podręczniki:

Wstęp do Fizyki Jądrowej i Cząstek Elementarnych.

Egzamin pisemny.