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Design Principles in Biomatter - Nature as an Engineer

Module MW1828

This Module is offered by Associate Professorship of Biomechanik (Prof. Lieleg).

This module handbook serves to describe contents, learning outcome, methods and examination type as well as linking to current dates for courses and module examination in the respective sections.

Module version of WS 2016/7

There are historic module descriptions of this module. A module description is valid until replaced by a newer one.

Whether the module’s courses are offered during a specific semester is listed in the section Courses, Learning and Teaching Methods and Literature below.

available module versions
WS 2019/20WS 2016/7WS 2015/6WS 2012/3SS 2012

Basic Information

MW1828 is a semester module in German language at Bachelor’s level and Master’s level which is offered every semester.

This Module is included in the following catalogues within the study programs in physics.

  • Focus Area Bio-Sensors in M.Sc. Biomedical Engineering and Medical Physics
  • Catalogue of non-physics elective courses
Total workloadContact hoursCredits (ECTS)
90 h 30 h 3 CP

Content, Learning Outcome and Preconditions

Content

In diesem Modul wird zunächst der Aufbau von Biomaterialen besprochen. Die Prinzipien der Selbstassemblierung werden an Beispielen des DNA-Origami, der Proteinbiosynthese und der Replikation von Viren verdeutlicht. Diffusion als zentraler Transportmechanismus in Biomaterie sowie die Regulationsmechanismen dieses Mechanismus werden diskutiert und Ladungsabschirmungseffekte durch Elektrolyte werden besprochen. Designprinzipien zum Aufbau selektiver Strukturen werden diskutiert und deren Einsatz zur Schaffung und Aufrechterhaltung von räumlichen Gradienten werden behandelt. Die Prinzipien der elektrischen Signalübertragung in Neuronen – insbesondere die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum rein passiven Ladungstransport in Koaxialkabeln - werden diskutiert. Schließlich werden die von der Natur zur Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie verwendeten molekularen Prinzipien werden verdeutlicht und die beim Feinbau des Zytoskeletts verwendeten Designprinzipien werden aufgezeigt. Abschließend werden ausgewählte Beispiele von Biomineralisationsprozessen besprochen.

Learning Outcome

Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modulv erstehen die Studierenden den Aufbau einer Reihe von Biomaterialien, wie z.B. selektiver Hydrogele, Ionenkanäle oder Elektronentransportsysteme. Sie sind in der Lage, die dabei zugrundeliegenden Designprinzipien zu analysieren und die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum Design von technischen Materialien mit ähnlichen Aufgaben zu bewerten.

Preconditions

Physikalische Grundlagen ([PH9024] Experimentalphysik für Maschinenwesen und [MW2015] Grundlagen der Thermodynamik) aus dem Bachelorstudium sind Voraussetzung. Biologisches und chemisches Grundwissen (Niveau: gymnasiale Oberstufe) wird ebenfalls erwartet.

Courses, Learning and Teaching Methods and Literature

Courses and Schedule

Learning and Teaching Methods

Das Modul besteht aus einer Vorlesung, in dieser werden die Inhalte mittels Vorträgen, unterstützt durch Präsentationen, vermittelt Die Vorlesungsfolien werden spätestens am Tag vor dem jeweiligen Vorlesungstermin online zum Download zugänglich gemacht, so dass sich die Studierenden während der Vorlesung ergänzende Kommentare in ihre ausgedruckten Folien eintragen können. Ausgewählte Skizzen und Schemata werden als Tafelanschrieb ergänzt.

Media

Power Point Vortrag mit Folien zum Download, Kurzfilme

Literature

Die Vorlesungsfolien werden online zum Download bereitgestellt. Vertiefende Fachliteratur zu den jeweiligen Themen wird in der Vorlesung genannt bzw. ist auf den jeweiligen Folien angegeben.

Module Exam

Description of exams and course work

In einer 60-minütigen schriftlichen Klausur weisen die Studierenden nach, dass sie zugrundeliegende Designprinzipien ausgewählter Biomaterialien analysieren können und die zugrundeliegenden physikalischen Phänomene verstehen. Bei der Klausur sind keine Hilfsmittel zugelassen.
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