Biosensoren und Bioelektronik
Biosensors & Bioelectronics

Modul PH2179

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2179 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Biophysik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
300 h 75 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2179 ist Jose Antonio Garrido Ariza.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

This lecture provides general knowledge in the field of biosensors and bioelectronics. The lecture is intended to be divided into two main blocks.

The first block will provide an introduction to physical-chemistry of the solid/water interface, an overview of electrochemistry concepts, and the operation principles of biosensors, including electrochemical sensors, optical sensors, acoustic sensors, as well as semiconductor-based sensors.

The second block of the lecture will cover topics closer to the field of cell and molecular bioelectronics, such as membrane phenomena, generation of action potentials in living cells, cell-semiconductor interfaces, as well as electron transfer reactions in biological compounds, and transmission of information in living organisms.

Lernergebnisse

After participation in this module the student is able to:

1. Understand and explain the basics of electrode potentials, and double layer formation at metal/electrolyte and semiconductor/electrolyte interfaces
2. Describe basic aspects of electron transfer processes at metal and semiconductor electrodes, with particular attention to mass-limited electron transfer and kinetic limited electron transfer processes.
3. Understand and describe the operation principles of electrochemical biosensors, such as amperometric and potentiometric sensors
4. Understand and describe the operation principles of biosensors based on semiconductor field-effect devices.
 

5. Understand and describe the operation principles optical biosensors (fiber biosensors, surface plasmon resonance -SPR- biosensors, etc).

6. Understand and describe the operation principles piezo and acoustic biosensors (quartz crystal microbalance, surface acoustic wave -SAW- biosensors).

7.   Describe the physics governing voltage-gated ion channels in cell membranes, including the mathematical description of the voltage-dependent conductivity.

8.   Understand and explain cell membrane phenomena such as transmembrane potential, and generation of action potentials.

9.  Explain and describe the cell/transistor interface.

10.  Calculate the different forms of the recorded signals with the field effect transistors. Similarly, describe the extracellular stimulation of nerve cells with FETs.

11. Understand and describe electron transfer reactions in biological systems: Marcus model for electron transfer, role of reorganization energy, etc.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Biosensors & Bioelectronics Garrido Ariza, J. Dienstag, 10:30–12:00
Donnerstag, 10:30–12:00

Lern- und Lehrmethoden

lecture, projector presentation, board work

Medienformen

lecture script, accompanying internet site, complementary literature

Literatur

"Electrochemical methods: Fundamentals and Applications", A.J. Bard; Wiley
"Physics and Chemistry of Interfaces", H.-J. Butt, Wiley
"Bioelectrochemistry. Encyclopedia of Electrochemistry. Vol 9", G.S. Wilson, Wiley
"Biological Membranes" O.Sten-Knudsen, Cambridge

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 90 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.