Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Bio- és nanoszenzorika

    A tantárgy angol neve: Bio- and Nanosensors

    Adatlap utolsó módosítása: 2014. október 2.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak MSc képzés

    Alkalmazott Szenzorika mellékspecializáció

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIETMA04 2 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bonyár Attila, Elektronikai Technológia Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Bonyár Attila

    adjunktus

    Elektronikai Technológia Tsz

    Dr. Sántha Hunor

    egyetemi docens

    Elektronikai Technológia Tsz

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Fizika, Elektronikai technológia és anyagtudomány

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Nem különbözik a szakirányba kerülés feltételeitől.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célja a hallgató bevezetése a nanométeres méretskálán jellemző effektusok és speciális tulajdonságokat mutató anyagok világába. A hallgató megismerkedik a nano- és bioérzékelők főbb építőelemeivel, azok működési elveivel és alkalmazási lehetőségeivel. A tárgy szintén megismerteti a hallgatót a nanométeres tartományban történő anyagvizsgálat (metrológia) alapjaival. Az erősen multi-diszciplináris tematika végigtanulmányozása során a hallgató naprakész ismeretekre tesz szert a 21. század jövőbeli eszközeit meghatározó működési elvekről és technológiákról.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    A nanotudomány és nanotechnológia általános áttekintése (1 hét)

    Nano-méreteffektusok és kihasználásuk érzékelő és beavatkozó elemekben. Top-bottom bottom-up építkezések és technológiák (gőzfázisú, folyadékfázisú és szilárd fázisú módszerek). A kvantum-méreteffektus mechanikai, elektromos, optikai, termikus, mágneses és katalitikus következményei (anyagok tulajdonságának megváltozása a méret csökkentésével).

    A nanoszenzorika építőelemei (4 hét)

    A nanoszenzorika építőelemei I. Fémes anyagok és nanoszerkezetek. A) fém nanorészecskék és nanovezetékek, B) fém nanorétegek és rétegszerkezetek valamint bevonatok, C) nanokristályos fémek és ötvözetek. Előállítási technológiák, tulajdonságok és alkalmazások érzékelőkben.

    A nanoszenzorika építőelemei II. A szén allotrop módosulatai. Fullerének, szén nanocsövek és grafén. Előállításuk, tulajdonságaik, alkalmazásuk szenzorokban. A grafén alkalmazása megjelenítőkben.

    A nanoszenzorika építőelemei III. Polimerek és komplex összetett rendszerek. Pl. kompozitok, nanopórusos anyagok, nanoszerkezet-határfelületek és intelligens nano-bevonatok. Előállítás, tulajdonságok és alkalmazások érzékelőkben.

    A nanoszenzorika építőelemei IV. Önszerveződő rendszerek. Szerves, önszerveződő funkcionális rétegek (SAM, Self Assembled Monolayers) valamint bevonatok (pl. Langmuir-Blodgett) és alkalmazásuk. Előállítási technológiák, nanostruktúra optimalizálás, felhasználásuk szenzorokban.

    Alkalmazási példák (1 hét)

    A szenzorok fontosabb paramétereinek (detektálási küszöb, érzékenység, szelektivitás, élettartam, regenerálhatóság stb.) javítása a különböző anyagcsaládokba tartozó nano-építőelemek felhasználásával. Klasszikus konstrukciók módosítása nano-anyagokkal.

    Bioszenzorika (2 hét)

    Bioszenzorika I. A bioérzékelők csoportosítása (affinitás és katalitikus típus; DNS alapú, immunoérzékelő, enzim alapú és élő sejt alapú érzékelők). A szerves nanoszerkezetek (DNS és fehérjék) tulajdonságai. Fontosabb jelkiolvasási (transzducer) eljárások.

    Bioszenzorika II. Elektrokémiai szenzorok. Elektrokémiai alapfogalmak. A fontosabb nanoszenzorokban alkalmazott elektrokémiai eljárások (potenciometria, amperometria, voltammetria, coulombmetria, elektrokémiai impedancia spektroszkópia). A jelgenerálás elektrokémiai elvei bioérzékelők esetén, alternatív jelátalakítási technikák (pl. nanopórusok).

    Nanoptika, plazmonika (1 hét)

    Optikai tulajdonságok változása a nano méretskálán. Plazmonok, plazmon rezonancia (SPR), lokalizált plazmon rezonancia (LSPR). Felületi plazmon rezonanciás képalkotás, mint bioérzékelő kiolvasási mechanizmus (SPRi). Az optikai közeltér (evaneszcens régió) tulajdonságai és kiaknázása érzékelőkben. Nanoszerkezeteken lokalizált plazmonok alkalmazása érzékelőkben. SPRi rendszerfejlesztés és alkalmazási példák.

    Nanometrológia (2 hét)

    Nanometrológia I. Érzékelő elemek és anyagok vizsgálatának és karakterizációjának lehetőségei. Az anyagok mechanikai és kémiai (elemösszetétel és kötési állapot) tulajdonságainak meghatározása a nanométeres skálán. Mikroszkópos eljárások (SEM, TEM, SPM) és spektroszkópiai módszerek (XPS, AES, Raman stb.) áttekintése, alkalmazása érzékelő elemek vizsgálatára.

    Nanometrológia II. A pásztázó tűszondás mikroszkópia (SPM) és a legismertebb részének az atomerő mikroszkópiának (AFM) a felhasználása nanoobjektumok (érzékelő elemek, molekulák) vizsgálatára és manipulálására a nanométeres vagy akár atomi skálán. Haladó SPM eljárások érzékelők karakterizálására és létrehozására.

    Nanoaktuátorok (1 hét)

    Beavatkozó elemek a nanométeres skálán. Lehetséges megvalósítási technológiák, integrálásuk eszközökben.

    Mikro- és nanofluidika (1 hét)

    A folyadékminta-kezelés evolúciójának öt állomása orvosbiológiai point-of-care eszközökben.

    Nanoanyagokat és elveket alkalmazó kijelző konstrukciók (1 hét)

     

    Gyakorlatok tematikája:

    Gyakorlat I – Létező érzékelő konstrukciók fontosabb tulajdonságainak (pl. érzékenység, detektálási küszöb) javítása nano-anyagok alkalmazásával, gyakorlati példákon keresztül.

    Gyakorlat II – Komplex bioérzékelő rendszerek fejlesztése – esettanulmányok 1. Mélyvénás trombózis veszélyeztetettségének megállapítása hordozható elektrokémiai bioérzékelőkkel; ivóvízhálózat monitorozása DNS chippel, baktériumok és vírusok detektálására.

    Gyakorlat III – Komplex bioérzékelő rendszerek fejlesztése – esettanulmányok 2. Véranalízis egy csepp vérből és fejlődő országokban gyakori betegségek (HIV, hepatitis, szifilisz, stb.) kimutatása optikai bioérzékelőkkel.

    Gyakorlat IV – A folyadékminta-kezelés gyakorlati problémái mikrofluidikai rendszerekben és point-of-care eszközökben – esettanulmányok 3. Arzéndetektálás fejlődő országok ivóvíz hálózatában integrált mikrofluidikai rendszerrel.

    Gyakorlat V – Pásztázó szondás mérési módszerek bemutatása. Az atomerő-mikroszkópiával készült képek feldolgozása és kiértékelése (pl. szintezés, műtermék szűrés stb.).

    Gyakorlat VI – Erőterek és mechanikai tulajdonságok mérése pásztázó szondás mikroszkópos módszerekkel. Haladó SPM technikák gyakorlati alkalmazásai.

    Gyakorlat VII – Anyagok kémiai tulajdonságainak (elemösszetétel és kötési állapot) meghatározási módszerei. A spektroszkópiás eljárások összehasonlítása.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) előadás és tantermi gyakorlat
    10. Követelmények

    A szorgalmi időszakban: Egy sikeres nagyzárthelyi megírása.

    A vizsgaidőszakban: A tantárgy írásbeli vizsgával zárul.

    11. Pótlási lehetőségek A szorgalmi időszakban és a pótlási héten lehetőséget adunk a nagyzárthelyi pótlására. További irányadó a mindenkori TVSZ intézkedése. 
    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, egyeztetett időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Mojzes Imre, Molnár László Milán: Nanotechnológia

    Konczos Géza: Bevezetés a nanoszerkezetű anyagok világába

    Harsányi Gábor: Érzékelők az orvosbiológiában

    Bharat Bhushan: Springer Handbook of Nanotechnology

    Bharat Bhushan: Handbook of Micro/Nano Tribology (CRC)
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra-
    Felkészülés zárthelyire34
    Házi feladat elkészítése-
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása-
    Vizsgafelkészülés44
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Bonyár Attila

    adjunktus

    Elektronikai Technológia Tsz

    Dr. Sántha Hunor

    egyetemi docens

    Elektronikai Technológia Tsz