Kiedy elektronika spotyka się z biologią

Kolejny wykład w ramach serii wykładów Lecture on nanotechnology. Kilka słów o tych wykładach. Jest to seria wykładów poświęcona różnym aspektom nanotechnologii. Co roku zmienia się plan tychże wykładów a także główne nastawienie. W tym roku dominującym aspektem jest integracja biologii i elektroniki a także grafen. Także można powiedzieć, że miałem szczęście. Wykłady są transmitowane do czterech uniwersytetów w czasie rzeczywistym z pełną interakcją, także każde z audytoriów może zadawać bezpośrednio pytania. 

Wracając do wykładu, traktował o wykorzystaniu układów scalonych do monitorowania układów biologicznych, zarówno na poziomie pojedynczych komórek jak i większych elementów takich jak fragmenty tkanek.

iCare! Do you?

Celem projektu iCare jest zachęcenie studentów do pomocy ludziom zarówno z najbliższego otoczenia jak i z bardzo odległych zakątków Ziemi. W ciągu czterech dni można wziąć udział w różnych przedsięwzięciach, takich jak: wysprzątanie ogrodów, auli wykładowych, wprowadzenie dokumentów naukowych do bazy danych, skanowanie zdjęć w KADOC, przeprowadzenie sesji fotograficzną budynków jednego z wydziałów, pomoc w uporządkowaniu biblioteki wydziału teologicznego. Każde z tych zadań jest wycenione a pieniądze zebrane w ten sposób mają zasilić fundusz na rzecz odbudowy szkoły na Haiti, która została zniszczonej podczas zeszłorocznego trzęsienia ziemi. Idea szczytna.

Jako fan wszelkich form digitalizacji zasobów,  zgłosiłem się do skanowania dokumentów w KADOC. Skanowałem zdjęcia pochodzące ze starych albumów, część z nich miała ponad 100 lat. Także trochę czasu spędziłem na oglądaniu zamiast na pracy, oglądając jak wyglądały dawniej szkoły, budynki w Leuven. Natrafiłem też na stare listy pisane gdzieś z misji katolickiej w Indiach. Interesujące, lubię grzebać w starych dokumentach, oglądać stare zdjęcia. Szkoda, że rok temu nie miałem pod ręką w domu takiego urządzenia, szybciej przeniósłbym do komputera domowe archiwum. W każdym razie czasami można coś zrobić dla otoczenia, przy okazji nauczyć i poznać coś nowego.

Mesoscopic Physics

Wykład w swojej treści zawierał materiał ze Wstęp do fizyki układów mezoskopowych prowadzony na moim uniwersytecie przez znakomitego prof. Józefa Barnasia.

Meso (greek) means ‘’in-between’’

Przedstawiono czym są układy mezoskopowe, jak je definiować i czym opisywać. Oczywiście fizyka kwantowa w tle a raczej na pierwszym miejscu. Pokazano fenomen transportu batalistycznego w układach heterozłącza. Omówiono odmienne zachowanie materiałów w tej skali, między innymi kwantyzacje przewodnictwa (znana formuła Landauera).

Czas trwania

28h

ECTS

3

Poziom trudności

advanced

Form egzaminu

close book

Sylabus

Kolejną częścią były układy zbudowane na grafenie. W zeszłym roku przyznano nagrodę Nobla za " groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene". Grafen ma w przyszłości zastąpić krzem w układach elektronicznych, choć jak donosi IBM, są problemy między innymi z brakiem dostatecznej kontroli nad przerwą energetyczną, właściwie nad brakiem tejże w grafenie. Tym samym brakuje elementu, który obecnie jest wykorzystywany, mianowicie sterowania przepływem elektronów przez strukturę, zamykaniem bądź otwieraniem zaworu (potocznie obrazując). Można jednak zastanowić na układami hybrydowymi.

Determination of Biomolecular Structures

Celem kursu jest przegląd z dwóch głównych metod określania struktury biomolekuł: spektroskopii NMR i dyfrakcji rentgenowskiej.

Czas trwania

36h

ECTS

6

Poziom trudności

advanced

Form egzaminu

open book

Sylabus

Pierwsza część traktowała o technice NMR. Przedstawiono możliwości i ograniczenia spektroskopii NMR jako techniki badania makrocząsteczek biologicznych. Technika ta jest coraz bardziej zaangażowany w badania cząsteczek, takich jak białka i kwasy nukleinowe. Wykład rozpoczynał się od podstawowych informacji na temat NMR, zaprezentowano 1D,następnie omówiono tryb 2D i 3D. Omówiono kilka typów dwuwymiarowej spektroskopii NMR, tj. COSY, NOESY, TOCSY, HETCOR, HMQC, TROSY. Następnie zaprezentowano na konkretnych przykładach wykorzystanie tej techniki do rozwiązania struktury DNA, RNA a także białek.

Druga część omawiała technikę dyfrakcji rentgenowskiej. Wykład składał się z dwóch części. Pierwsza omawiała podstawowe zagadnienia z krystalografii, druga natomiast przedstawiała typowe metody otrzymywania krystalizacji białek. Następnie omówiono budowę dyfraktometrów, typy lamp rentgenowskich. Ostatnia fragment zawierał omówienie metod rozwiązywania struktury i otrzymania mapy gęstości elektronowej.

Egzamin składał się z dwóch części. Pierwsza dotyczyła spektroskopii NMR, należało omówić artykuł jaki wcześniej się wybrało. Zaprezentować metodę, omówić wady i zalety w danym przypadku, następnie odpowiedzieć na dodatkowe pytania z kursu. Druga część dotyczyła XRD w takiej samej formule.

Computational Physics: Advanced Monte Carlo Methods

Kolejny interesujący kurs. Właściwie moje pierwsze spotkanie z praktyczną implementacją symulacji wykorzystujących metodę Monte Carlo.

• Czas trwania: 20h
• ECTS: 3
• Poziom trudności: Basic
• Form egzaminu: open book
• Sylabus

Wykład to wprowadzenie do metody Monte Carlo, algorytmu Metropolis, algorytmów klastrowych. Przedstawiono model Isinga, wprowadzono pojęcie czasu autokorelacji. Pokazano również model Lotki-Voltera, Brusselator które to modele mogą opisywać przebieg reakcji chemicznych itp. 

Zadania polegały na implementacji algorytmów w wybranym przez siebie środowisku, przedstawieniu i interpretacji rezultatów obliczeń. Moje pierwsze poważniejsze zetknięcie z Matlab'em. Środowisko jakoś mnie nie zachwyciło dlatego teraz mam zamiar korzystać z Python i pakietu numpy.
Rozszerzeniem kursu jest Physical Modelling of Complex Systems. 

Egzamin polegał na zaprezentowaniu wyników z ćwiczeń jakie się zrealizowało. Trzeba było omówić zarówno otrzymane wyniki jak i kod programu a także odpowiedzieć na dodatkowe pytania z teorii.