Ez a kurzus átfogó bevezetést nyújt a fény- és fluoreszcens mikroszkópia alapelveibe és gyakorlati alkalmazásaiba a biológiai kutatásban. A hallgatók elméleti ismereteket és gyakorlati megértést szereznek a modern képalkotási technikákról, különös hangsúlyt fektetve azok alkalmazására a mai kísérleti munkafolyamatokban.
A kurzus egyik legfontosabb jellemzője az a egyedülálló lehetőség, hogy a hallgatók megismerjék és megértsék, hogyan alkalmazzák a fejlett mikroszkópos módszereket valós kutatási környezetben. A hangsúly a kísérleti tervezésen, a képfelvételen és az adatok értelmezésén van, ami lehetővé teszi a hallgatók számára, hogy megértsék az alapvető fogalmakat, kritikus szemmel értékeljék és hatékonyan alkalmazzák a fluoreszcencia-alapú képalkotási módszereket saját tudományos munkájuk során.
• Bevezetés, a kurzus követelményeinek ismertetése (nem számít bele a kötelező jelenléti arányba)
• A mikroszkópos technikák fejlődésének mérföldkövei. A mikroszkóp optikai rendszere: az inverz és az egyenes rendszer előnyei és hátrányai. Képalkotás a mikroszkópban, numerikus apertúra és felbontás.
• Képképződés a mikroszkópban, numerikus apertúra és felbontás. A pontterjedési függvény. A kondenzor és a helyes Köhler-megvilágítás. Az objektívek típusai és kiválasztása. A kontraszt fokozása az optikai mikroszkópiában: fáziskontraszt és DIC-képalkotás. A fénymezős mikroszkópia gyakorlati alkalmazása és korlátai.
• A fluoreszcens mikroszkópia alapfogalmai. A fluorokromok és a fluoreszcens fehérjék főbb jellemzői. Optikai jelölőként szolgáló fluoreszcens fehérjék: fotoaktiválás, fotokonverzió és fotokapcsolás.
• A fluoreszcens mikroszkóp optikai elemei: szűrők, fluoreszcens fényforrások. A megfelelő szűrők kiválasztása: keresztbeszélés és átfolyás a fluoreszcens mikroszkópiában. Spektrális képalkotás és lineáris szétválasztás.
• Optikai metszetmikroszkópia I. Dekonvolúció. Strukturált megvilágítású mikroszkópia (SIM). A konfokális mikroszkópia alapelvei.
• Optikai metszetmikroszkópia II. Pontszkennelés és forgó lemezes konfokális mikroszkópia. Két- és többfoton-mikroszkópia. Fénylemez-mikroszkópia.
• Fluoreszcens élősejt-képalkotó mikroszkópia. Műszaki és gyakorlati szempontok, valamint korlátok. A jel-zaj arány optimalizálása az élősejt-képalkotásban. FRET-mikroszkópia: fehérje-fehérje kölcsönhatások vizsgálata.
• A fluoreszcens bioszenzorok használata és jelentősége (Ca-képalkotás, pH- és ionszelektív mérések). Fotoaktiválás és fotokifakulás: FRAP, FLIM: optikai jelölők használata a mikroszkópiában. Élősejt-alkalmazások és az adatok értelmezése.
• Szuperfelbontás a fluoreszcens mikroszkópiában – az alapfogalmak. SR-SIM, STED, STORM és PALM mikroszkópia.
A kurzus végére a hallgató képes lesz megérteni és alkalmazni a fény- és fluoreszcens mikroszkópia alapelveit, valamint kritikus szemmel értékelni a modern biológiai kutatásban használt főbb képalkotási módszerek lehetőségeit és korlátait. A hallgató képes lesz kiválasztani a konkrét kísérleti kérdésekhez legmegfelelőbb mikroszkópos technikákat, értelmezni a fluoreszcencia-alapú képalkotási adatokat, valamint felismerni az élősejt-képalkotással és a fejlett szuperfelbontású módszerekkel kapcsolatos gyakorlati szempontokat.
A tananyag teljes körű elsajátításához biológiai háttérismeretekre van szükség, például biológia vagy kapcsolódó területen szerzett BSc-diplomára, de a mikroszkópiával vagy a fizikával kapcsolatos előzetes ismeretek nem kötelezőek. Ezt a kurzust különösen azoknak a hallgatóknak ajánljuk, akik a fény- és fluoreszcens mikroszkópiás technikák alapelveinek megértése révén érdeklődnek azok alkalmazása iránt.
A kurzus célja, hogy gyakorlati ismereteket nyújtson a fénymikroszkópos módszerekről, amelyek elengedhetetlenek azok alkalmazásainak megtervezéséhez és megértéséhez. Az online oktatóvideók, az előadási anyagok és az interaktív csoportos beszélgetések támogatják az aktív tanulást, és elősegítik a tananyag mélyebb elméleti megértését.
• online oktatóanyag-oldalak (lásd a prezentációkban megadott linkeket), például az iBiology:
• ajánlott tankönyv: Sanderson: Understanding light microscopy, 2019, Wiley:
• előadási prezentációk, beleértve a honlapokra mutató linkeket is
A kurzus előadásokat és interaktív csoportos tevékenységeket ötvöz, hogy elősegítse az idegsejtek működésének és a környezethez való alkalmazkodásának molekuláris és sejtszintű aspektusainak alapos megértését. Minden foglalkozás strukturált módon ötvözi a passzív és az aktív tanulást:
1. Előadás előtti felkészülés: A hallgatókat arra kérjük, hogy előzetesen tanulmányozzák át a kiosztott anyagokat és az ajánlott irodalmat, ami lehetővé teszi az aktívabb és hatékonyabb részvételt. A vita témáit előre megadjuk, hogy elősegítsük mind az egyéni felkészülést, mind a csoportos megbeszéléseket.
2. Előadások: Az alapvető fogalmakat hibrid előadások keretében ismertetik (amelyeket a Teams-ben rögzítenek). A legfontosabb témákat csoportos megbeszéléseken mutatják be (lásd a következő pontot), majd az oktató irányításával egy előadási áttekintés keretében összegzik.
3. Csoportos megbeszélések különtermekben: A Teams-en zajló közös megbeszélések lehetővé teszik a hallgatók számára, hogy kapcsolatba lépjenek társaikkal, kérdéseket tegyenek fel és elmélyítsék ismereteiket; a felépítésük úgy van kialakítva, hogy mindenki aktív részvételét ösztönözze.
4. Kiegészítő online források: A tankönyvek, az előadások felvételei és a további források támogatják az órán kívüli tanulást, és felkészítik a hallgatókat a szóbeli vizsgára.
Ez a kihívásalapú, hallgatóközpontú és technológiával támogatott megközelítés biztosítja, hogy a hallgatók elméleti ismereteket és gyakorlati betekintést egyaránt szerezzenek, felkészítve őket a magasabb szintű tanulmányokra és kutatásra. A csoportos megbeszélések elősegítik a transzverzális készségek fejlesztését és támogatják az interkulturális tanulást. A befogadó környezetet a méltányos részvétel, a különböző tanulási stílusokhoz igazodó segédanyagok, valamint az oktatók visszajelzések iránti nyitottsága hangsúlyozza, így olyan barátságos légkört teremtve, ahol minden hallgató profitálhat az aktív részvételéből.
Tanulmányi eredményekről szóló igazolás