22283 Molekylær termodynamik, transport og analyse

2024/2025

Kursusinformation
Molecular thermodynamics, transport, and analytics
Engelsk
10
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
Generel retningskompetence (MSc), Biomaterial Engineering for Medicine
Retningsspecifikt kursus (MSc), Biomaterial Engineering for Medicine
Retningsspecifikt kursus (MSc), Engineering Physics
Teknologisk specialisering (MSc), Engineering Physics
E4 (tirs 13-17, fre 8-12)
Campus Lyngby
Forelæsninger, problembaserede aktiviteter, klassediskussioner, opgaveregning, eksperimentelle øvelser.
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%). Deltagelse i alle eksperimentelle kursusaktiviteter og aflevering af alle rapporter er en forudsætning for at gå til den mundtlige eksamen. Det er et separat krav at bestå den mundtlige eksamen.
Ingen hjælpemidler
7-trins skala , intern bedømmelse
02402 eller lignende introduktion til statistik; 26000 eller lignende introduktion til kemi; 26202 eller lignende introduktion til fysisk kemi; 27008 eller lignende introduktion til biovidenskab eller biokemi
Maksimum: 48
Jonas Nyvold Pedersen , Lyngby Campus, Bygning 345B, Tlf. (+45) 4525 6309 , jnpe@dtu.dk
Niels Bent Larsen , Lyngby Campus, Bygning 423, Tlf. (+45) 4525 8161 , nibl@dtu.dk
Jannik Bruun Larsen , jannla@dtu.dk
Hans Martin Dufva , Lyngby Campus, Bygning 423 , dufva@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, og eksperimentelt at anvende den opnåede indsigt på levende mammale cellekulturer og biomolekylære analysesystemer. Målet er er at give studerende en fælles teoretisk og eksperimentel forståelse af de kræfter og fænomener, som driver molekylære vekselvirkninger i biologiske og biokemiske systemer og enheder på nanometer til millimeter skala.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • forklare mikroskopiske og makroskopiske diffusionsfænomener.
  • anvende Ficks ligninger og randbetingelser til at løse simple diffusionsproblemer.
  • beregne løsninger til simple strømningsproblemer og fortolke resultaterne.
  • udføre beregninger af Gibbs fri energi til at forudse reaktioners ligevægtskonstanter.
  • forklare konsekvenserne af solvatisering for reaktioners ligevægt og kinetik.
  • eksperimentelt måle og analysere bindingsstyrke og kinetiske parametre.
  • anvende en numerisk simulering til at forudsige transport, ligevægt, og forbrug af stoffer.
  • beskrive essentielle processer til at udføre dyrkning af mammale celler.
  • dyrke mammale celler under aseptiske forhold.
  • analysere effekten af stimuli på overlevelse, metabolisme, og deling af celler.
Kursusindhold
Kurset introducerer teoretisk og eksperimentelt molekylær termodynamik fra et kemisk, fysisk, og biologisk perspektiv.

I første del af kurset vil vi undersøge både passive og aktive transportmekanismer, dvs. diffusion og advektion, så vel som vigtige aspekter af reaktions-ligevægt og -kinetik, inklusive Gibbs fri energi, ligevægtskonstanter, og indflydelsen af solvatisering. Vi vil sammenkæde disse fænomener med biologiske og biologiske processer i biomolekylære analysesystemer og i levende mammale cellekulturer. Vi vil endvidere anvende den kombinerede teoretiske indsigt til at udføre prædiktive numeriske simuleringer af transport, ligevægt, og forbrug af stoffer i et biomolekylært system.

I anden del vil vi anvende den opnåede viden på udvalgte eksperimentelle systemer, som for eksempel assays for bindingsaffinitet, biomolekylære assays, og levende cellekulturer. Et essentielt aspekt af denne del vil være eksperimentel træning i vigtige procedurer til dyrkning af mammale cellekulturer og nøglemetoder til at beskrive overlevelse, metabolisme og deling af de dyrkede celler.
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 læseplanen.
Sidst opdateret
02. maj, 2024