22283 Molekylær termodynamik, transport og analyse

2020/2021

Kursusinformation
Molecular thermodynamics, transport, and analytics
Engelsk
10
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
E4 (tirs 13-17, fre 8-12)
Campus Lyngby
Forelæsninger, problembaserede aktiviteter, klassediskussioner, opgaveregning.
13-uger
E4A, E4B
Mundtlig eksamen og bedømmelse af rapport(er)
Karakteren gives ved en helhedsbedømmelse med følgende vægtning: rapporter (40%) og mundtlig eksamen (60%). Alle rapporter skal være afleveret for at kunne deltage i den mundtlige eksamen. Det er et separat krav at bestå den mundtlige eksamen.
Skriftlige hjælpemidler er tilladt
7-trins skala , intern bedømmelse
02402 eller lignende introduktion til statistics; 26000 eller lignende introduktion til kemi; 26202 eller lignende introduktion til fysisk kemi; 27008 eller lignende introduktion til biovidenskab eller biochemistry
Jonas Nyvold Pedersen , Lyngby Campus, Bygning 344, Tlf. (+45) 4525 6309 , jnpe@dtu.dk
Casper Hempel , cash@dtu.dk
Niels Bent Larsen , Lyngby Campus, Bygning 423, Tlf. (+45) 4525 8161 , nibl@dtu.dk
22 Institut for Sundhedsteknologi
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Kursets formål er at give indsigt i termodynamik og transportprocesser på længdeskalaer af individuelle biomolekyler og andre makromolekyler. Målet er at give dig en forståelse af de kræfter og fænomener som driver molekylære vekselvirkninger i biologiske og biokemiske systemer og enheder på nano- til mikroskala.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Udføre beregninger af Gibbs fri energi til at forudse reaktioners ligevægtskonstanter
  • Forklare fænomenet solvatisering og dens betydning for reaktioners ligevægt og kinetik
  • Analysere bindingsstyrke- og kinetik-parametre i et defineret system
  • Forklare makroskopisk diffusion og forskellige typer af randbetingelser
  • Anvende Ficks ligninger til diffusionsproblemer og løse simple diffusionsproblemer
  • Forklare diffusionsfænomener på mikroskopisk længdeskala og beregne diffusionskoefficienten fra en bevægelsesbane
  • Beregne løsninger til simple strømningsproblemer og fortolke resultaterne
  • Anvende en COMSOL app for en biosensor til at kvantificere biosensorens respons
  • Analysere et defineret system med hensyn til molekylær transport
  • Forklare variation i biologiske populationer og anvende de korrekte statistiske værktøjer til at måle variationen
  • Beskrive biologiske barrierer og forklare transportmekanismer der tillader nanomaterialer at passere
  • Vælge de bedste eksperimentelle værktøjer til at vurdere om et givet materiale opfylder de opstillede krav (f.eks. kvalitet, bindingseffektivitet, transport)
Kursusindhold
Kurset introducerer molekylær termodynamik fra et kemisk, fysisk, og biologisk perspektiv.

I første del af kurset belyser vi kræfterne der virker mellem makromolekyler eller mellem disse molekyler og faste overflader, og endvidere den store betydning af entropi for at forstå og forudsige molekylære vekselvirkninger, inklusive bindingsaffinitet og bindingskinetik mellem en analyt og det molekyle som analytten skal binde sig til.

I anden del vil vi undersøge både passive og aktive transportmekanismer og forbinde disse egenskaber med biologiske og bioanalytiske processer. Du vil også blive introduceret til numeriske simuleringsredskaber til at analysere egenskaber af simple biosensor udformninger.

I den tredje og sidste kursusdel vil vi give et overblik over vigtige analysemetoder til at beskrive molekulære vekselvirkninger og transportegenskaber med et udgangspunkt i konkrete anvendelser i forskning og industri.
Litteraturhenvisninger
Molecular Driving Forces (Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics and Nanoscience), Second Edition, Ken. A. Dill and Sarina Bromberg, Garland Science. ISBN 978-0-8153- 4430-8.

Howard Berg: Random Walks in Biology, 1993, 152 p., Princeton University Press, ISBN 0691000646

Kursusnoter vil blive gjort tilgængelige i løbet af kurset og vil udgøre en del af curriculum.
Sidst opdateret
05. maj, 2020