زندگی ما به خوبی توسط مولکول های مختلف در سلول ها کنترل می شود. انواع مختلف مولکول ها شامل ماکرومولکول ها (به عنوان مثال، پروتئین، اسید نوکلئیک) و مولکول های کوچک هستند. علاوه بر دیدگاه‌های کلاسیک دگم مرکزی، نقش‌های نوظهور مولکول‌های کوچکی به نام متابویت‌ها اخیراً برای تأثیر قابل‌توجهی بر رویدادهای بیولوژیکی پیشنهاد شده‌اند. متابولیت ها به طور پیوسته و پویا توسط مسیرهای متابولیکی مختلف تولید می شوند، بنابراین نقش کلیدی در متابولیسم انرژی و همچنین بیوسنتز/تجزیه ماکرومولکولی ایفا می کنند. شواهد جمع آوری شده به وضوح نشان می دهد که انواع خاصی از متابولیت ها از طریق برهم کنش با ماکرومولکول ها اعمال سیگنالینگ را انجام می دهند. در مقایسه با دیگر برهمکنش‌های پروتئین-پروتئین و اسید نوکلئیک-پروتئین، برهمکنش متابولیت-پروتئین در سلول‌های زنده قابل توجه به نظر می‌رسد و در نتیجه اعمال خاصی را در تنظیم عملکردها و فعالیت‌های پروتئین هدف واسطه می‌کند. این دوره 6 هفته ای به شما مقدمه ای کامل با اصول اولیه سیگنال دهی سلولی با واسطه متابولیت می دهد. ابتدا مفهوم متابولیت ها را تعریف می کنم و انواع عمده برهمکنش های مولکولی را معرفی می کنم. در طول 6 هفته، ما اساس بیوشیمیایی اعمال متابولیت در سیگنالینگ سلولی را مطالعه خواهیم کرد. به طور خاص، نمونه‌های جالبی از نحوه تعامل مولکول‌های کوچک درون‌زا با پروتئین‌های هدف و کنترل عملکرد آنها را مطالعه خواهیم کرد. این موضوعات اصلی در زمینه سلامت انسان و بیماری هایی مانند سرطان و التهاب توضیح داده خواهد شد. همه می دانند که سیگنال دهی سلولی برای حفظ زندگی ضروری است. چگونه می توانید عملکرد گازهای مضر مانند اکسید نیتریک را در کنترل فشار خون توضیح دهید؟ حالت اساسی متابولیت های انرژی در تعدیل بیان ژن چه می تواند باشد؟ آیا تا به حال به روش هایی فکر کرده اید که چگونه میکروبیوتای روده ما می تواند بر بدن ما تأثیر بگذارد؟ با مطالعه اعمال سیگنال دهی متابولیت ها، می توانیم ماهیت پیچیده اما شگفت انگیز سیستم سیگنال دهی سلولی خود را بهتر درک کنیم و راه های جدیدی را برای مدیریت بیماری های بزرگ انسانی شناسایی کنیم.

این دوره برای بهبود اثربخشی کلاس های آزمایشگاهی در آموزش عالی تدوین شده است. هدف آن حمایت از معلمان برای بهبود مهارت های تدریس برای یادگیری فعال در دوره های آزمایشگاهی علوم دانشگاهی است. این به شما نشان می دهد که چگونه جلسات آزمایشگاهی می تواند با توجه به هدف و نتایج یادگیری مورد انتظار متفاوت باشد، چگونه دانش آموزان را برای یادگیری درگیر کنید و چگونه با سطوح مختلف پیش دانش و تجربه آنها کنار بیایید و درک آنها را بررسی کنید. آخرین اما نه کم اهمیت، نشان می دهد که چگونه می توانید دانش آموزان را در دوره های آزمایشگاهی ارزیابی کنید. این دوره توسط ECTN (شبکه موضوعی شیمی اروپا)، صلاحیت‌های سخنرانی و روش‌های نوآورانه تدریس گروه کاری توسعه داده شده است.

برای تبدیل شدن به یک مهندس شیمی و بیومولکولی، قدردانی از ترمودینامیک لازم است. ترمودینامیک می تواند دوام یک فرآیند را ارزیابی کند و یکی از ضروری ترین موضوعات برنامه درسی است. این اصول در دوره های مهندسی زیر استفاده می شود (سینتیک، انتقال جرم، طراحی، مواد) و در بسیاری از رشته های مهندسی قابل استفاده است. تاکید فزاینده بر مصرف انرژی و تغییر شکل در نتیجه افزایش تقاضا، کاهش عرضه و گرم شدن کره زمین، مهندسینی که با این مسائل مقابله خواهند کرد، درک محکمی از ترمودینامیک را ضروری می‌سازد. در این دوره قوانین اول و دوم بررسی می شود. ویژگی های غیر ایده آل سیستم های تک جزئی و چند جزئی مورد تاکید قرار خواهد گرفت. بخش قابل توجهی از دوره به ترمودینامیک محلول اختصاص داده شده است که برای جداسازی ها (به عنوان مثال تقطیر، استخراج، غشاها) و تعادل شیمیایی که برای مهندسی واکنش بسیار مهم است، بسیار مهم است. "یک نظریه زمانی که مقدمات آن ساده تر باشد، زمانی که به انواع مختلف چیزها مربوط می شود، و زمانی که دامنه کاربرد آن گسترده تر باشد، قابل توجه تر است. در نتیجه، تاثیر عمیقی که ترمودینامیک کلاسیک بر من گذاشت. این تنها نظریه فیزیکی با جهانی است. محتوایی که من مطمئن هستم، در محدوده قابل اجرا، هرگز سرنگون نخواهد شد." - آلبرت انیشتین

برای تبدیل شدن به یک مهندس شیمی و بیومولکولی، قدردانی از ترمودینامیک لازم است. ترمودینامیک می تواند دوام یک فرآیند را ارزیابی کند و یکی از ضروری ترین موضوعات برنامه درسی است. این اصول در دوره های مهندسی زیر استفاده می شود (سینتیک، انتقال جرم، طراحی، مواد) و در بسیاری از رشته های مهندسی قابل استفاده است. تاکید فزاینده بر مصرف انرژی و تغییر شکل در نتیجه افزایش تقاضا، کاهش عرضه و گرم شدن کره زمین، مهندسینی که با این مسائل مقابله خواهند کرد، درک محکمی از ترمودینامیک را ضروری می‌سازد. در این دوره قوانین اول و دوم بررسی می شود. ویژگی های غیر ایده آل سیستم های تک جزئی و چند جزئی مورد تاکید قرار خواهد گرفت. بخش قابل توجهی از دوره به ترمودینامیک محلول اختصاص داده شده است که برای جداسازی ها (به عنوان مثال تقطیر، استخراج، غشاها) و تعادل شیمیایی که برای مهندسی واکنش بسیار مهم است، بسیار مهم است. "یک نظریه زمانی که مقدمات آن ساده تر باشد، زمانی که به انواع مختلف چیزها مربوط می شود، و زمانی که دامنه کاربرد آن گسترده تر باشد، قابل توجه تر است. در نتیجه، تاثیر عمیقی که ترمودینامیک کلاسیک بر من گذاشت. این تنها نظریه فیزیکی با جهانی است. محتوایی که من مطمئن هستم، در محدوده قابل اجرا، هرگز سرنگون نخواهد شد." - آلبرت انیشتین

شبیه‌سازی‌های تعاملی PhET (https://phet.colorado.edu/)، پروژه‌ای از دانشگاه کلرادو بولدر، شبیه‌سازی‌های علمی و ریاضیات سرگرم‌کننده، رایگان، تعاملی و مبتنی بر تحقیق را برای استفاده در سطوح آموزش ابتدایی، متوسطه و بالاتر ارائه می‌کند. ما به طور گسترده هر شبیه سازی را آزمایش و ارزیابی می کنیم تا از اثربخشی آموزشی اطمینان حاصل کنیم. همه شبیه سازی ها منبع باز و رایگان برای همه دانش آموزان و معلمان است. در این دوره، استراتژی‌هایی را برای نحوه استفاده از PhET برای ایجاد فعالیت‌های یادگیری فعال مبتنی بر شبیه‌سازی برای کلاس‌های ریاضی یا علوم، از جمله برگه‌های فعالیتی که دانش‌آموزان می‌توانند هنگام کار مستقل یا در گروه‌های کوچک در حالی که دسترسی مستقیم به شبیه‌سازی در دستگاه‌های خود دارند، استفاده کنند، مرور خواهیم کرد. برای اتمام این دوره، باید دو تکلیف را با بررسی همتایان تکمیل کنید: 1) برگه فعالیت را انتخاب و ارزیابی کنید و 2) برگه فعالیت خود را برای علوم یا ریاضی ایجاد کنید که شبیه سازی PhET را ادغام می کند. این دوره سومین دوره از چهار دوره ای است که تخصص "آموزش فعال در STEM با شبیه سازی تعاملی PhET" را تشکیل می دهد. این دوره همچنین به زبان اسپانیایی با نام «Diseño de Actividades con Simulaciones PhET para la Educación STEM» و به زبان پرتغالی به عنوان «Desenho de Atividades com PhET para Educação STEM» در دسترس است.

درس 3 ترمودینامیک آماری، گازهای ایده آل، رفتار سیستم ها را در زمانی که نیروهای بین مولکولی مهم نیستند، بررسی می کند. این کار با ارزیابی توابع پارتیشن مناسب برای حرکت انتقالی، چرخشی، ارتعاشی و/یا الکترونیکی انجام می شود. ما با گازهای ایده آل خالص از جمله گونه های تک اتمی، دو اتمی و چند اتمی شروع می کنیم. سپس مخلوط‌های گازی ایده‌آل بدون واکنش و واکنش‌دهنده را مورد بحث قرار می‌دهیم زیرا هر دو کاربردهای صنعتی زیادی دارند. روش‌های محاسباتی برای محاسبه خواص تعادلی معرفی شده‌اند. ما همچنین منابع عملی خواص گاز ایده آل را مورد بحث قرار می دهیم. جالب اینجاست که علاوه بر گازهای معمولی با چگالی کم، فوتون‌ها و الکترون‌ها در فلزات را می‌توان به‌گونه‌ای توصیف کرد که انگار گازهای ایده‌آلی هستند و بنابراین ما آنها را مورد بحث قرار می‌دهیم.

دوره 1 ابتدا اصول ترمودینامیک ماکروسکوپی و میکروسکوپی را از نقطه نظر فرضی بررسی می کند. در این دیدگاه، معنای دما، فشار ترمودینامیکی و پتانسیل شیمیایی به ویژه واضح و آسان است. علاوه بر این، توسعه رابطه بنیادی و دگرگونی‌های مختلف آن به مسیری روشن برای روابط خصوصیات و مفهوم مجموعه‌های مورد نیاز برای درک رابطه بین خواص ساختاری اتمی و مولکولی و خواص ماکروسکوپی منجر می‌شود. سپس با در نظر گرفتن یک دیدگاه آماری، رابطه بین ساختار اتمی و مولکولی و خواص ماکروسکوپی را بررسی می کنیم. با استفاده از یک رویکرد فرضی، روش انجام این کار روشن می شود. این منجر به توسعه تابع تقسیم می شود که توزیع حالات کوانتومی مولکولی را به عنوان تابعی از خصوصیات ترمودینامیکی ماکروسکوپی مستقل توصیف می کند.

شما قادر خواهید بود اصول اولیه مراحل مختلف قسمت جلویی چرخه سوخت را بشناسید و تشریح کنید، قادر خواهید بود اطلاعات و دانش به روز در مورد موضوع مورد مطالعه را بیابید و مهارت انجام محاسبات اولیه قسمت جلویی چرخه سوخت هسته ای را داشته باشید.

فرآیندهای زیستی از میکروارگانیسم‌ها، سلول‌های حیوانی یا آنزیم‌ها برای تولید محصولات جدید یا تکمیل یک تبدیل شیمیایی استفاده می‌کنند. از زمان های قدیم، انسان ها از میکروارگانیسم ها برای تبدیل مواد بیولوژیکی برای تولید نوشیدنی های الکلی و سایر غذاهای تخمیر شده استفاده می کردند. از آن زمان، فرآیندهای زیستی برای طیف عظیمی از محصولات تجاری، از محصولات نسبتاً ارزان مانند حلال‌های آلی و الکل صنعتی، تا مواد شیمیایی گران‌قیمت مانند پروتئین‌های درمانی، آنتی‌بیوتیک‌ها و واکسن‌ها توسعه یافته‌اند. امروزه توسعه فرآیندهای زیستی بخش مهمی از تعداد زیادی از صنایع شیمیایی، غذایی و دارویی است. هدف اصلی دوره "مقدمه ای بر توسعه فرآیندهای زیستی صنعتی" ارائه نمای کلی از مراحل رایج درگیر در این نوع فرآیندها است. این دوره در درجه اول برای دانشجویان، محققان و متخصصان علاقه مند به پردازش زیستی، تولید زیستی یا فناوری تخمیر است. برخی از دانش های زیست شناسی، بیوتکنولوژی و/یا مهندسی بیوشیمی مفید خواهد بود، اما اجباری نیست. این دوره با توضیح مختصری در مورد برخی از خواص اساسی میکروارگانیسم ها و جنبه های کلی مربوط به استفاده از آنها در فرآیندهای زیستی در مقیاس صنعتی آغاز می شود. به دنبال این، پایه های جنبشی برای رشد سلولی، استفاده از بستر و تشکیل محصول در طول کشت های دسته ای، پیوسته و تغذیه-بچ مورد بحث قرار می گیرد. علاوه بر این، این دوره شامل گروهی از سخنرانی‌ها است که به برخی از مراحل قبل از تخمیر اختصاص داده شده است. به طور خاص، فرمولاسیون رسانه، استریل کردن، حفظ میکروارگانیسم ها و تهیه تلقیح. ویژگی های اصلی انواع غالب بیوراکتورهای صنعتی به همراه پارامترهای فرآیندی که نیاز به کنترل در راکتورهای مخزن همزن دارند نیز در یکی از ماژول های دوره پوشش داده شده است. از آنجایی که گسترش یک فرآیند زیستی از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی از اهمیت قابل توجهی برخوردار است، یک سخنرانی اضافی به این موضوع ارائه شده است. بخش آخر دوره یک نمای کلی از پردازش پایین دست، پرداختن به فرآیندهای مورد استفاده برای حذف سلول ها از محیط کشت، روش های از هم گسیختگی سلول ها، و جداسازی محصول زیستی هدف را ارائه می دهد. در پایان دوره، شما باید: # قادر به تشخیص تفاوت اساسی بین دو نوع سلول اصلی: سلول های یوکاریوتی و پروکاریوتی باشید # مراحل اصلی فرآیند دم کردن را تشخیص دهید # چند مرحله مهم در تولید پروتئین نوترکیب را شناسایی کنید # مراحل مختلف تولید صنعتی بیواتانول را تعریف کنید # مشخصه های اصلی سه حالت تخمیر را تشخیص دهید: دسته ای، پیوسته و تغذیه-بچ # پارامترهای مهم حالت تخمیر مداوم را تعریف کنید # فرآیندهای زیستی را شناسایی کنید که در آن تخمیرکننده‌های دسته‌ای تغذیه‌شده استفاده می‌شوند و برای چه مدت می‌توان فرآیند فید-بچ را اجرا کرد. # نحوه فرموله شدن محیط های تخمیر تعریف شده و تعریف نشده را شناسایی کنید # در مورد نقشی که اجزای کلیدی محیط کشت در فرآیندهای تبدیل زیستی ایفا می کنند بحث کنید # اهمیت اجتناب از آلودگی میکروبی را درک کنید # روشهای استریلیزاسیون شیمیایی و فیزیکی را شرح دهید # مشخصه های اصلی تکنیک های رایج حفظ سلول را تشخیص دهید # عواملی که معمولاً برای به دست آوردن تلقیح مناسب برای تخمیر در مقیاس صنعتی در نظر گرفته می شوند را بشناسید. # تعریف کنید که بیوراکتور چیست و در کدام فرآیندهای زیستی صنعتی معمولاً استفاده می شود # پارامترهای اصلی را که باید در هنگام تبدیل میکروبی در STRها کنترل شوند، شناسایی کنید # پارامترهای مربوطه را که برای اهداف افزایش مقیاس در نظر گرفته شده اند فهرست کنید # مراحل متوالی پردازش پایین دست را تعریف کنید # روش های مختلف حذف زیست توده یا برداشت سلول را متمایز کنید # عملیات واحد مشترک مورد استفاده برای جداسازی اولیه را انتخاب کنید

این دوره سه روش کلیدی طیف‌سنجی را که توسط شیمی‌دانان و بیوشیمی‌دانان برای تجزیه و تحلیل ساختار مولکولی و الکترونیکی اتم‌ها و مولکول‌ها استفاده می‌شود، معرفی می‌کند. این طیف‌سنجی‌های UV/Visible، مادون قرمز (IR) و رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) هستند. محتوا با استفاده از ارائه های کوتاه متمرکز و تعاملی روی صفحه نمایش همراه با آزمون های سازنده برای بررسی درک مفاهیم کلیدی ارائه شده ارائه می شود. تمرینات متعددی برای تسهیل تسلط بر هر موضوع ارائه شده است. یک آزمایشگاه طیف‌سنجی مجازی منحصربفرد در دسترس است تا دانش‌آموزان را قادر سازد تا طیف‌ها را به‌صورت آنلاین اندازه‌گیری و آنالیز کنند. ارزیابی از طریق آزمون‌های جمع‌آوری شده در طول دوره انجام می‌شود.

دوره 2 ترمودینامیک آماری مقدمه ای بر مکانیک کوانتومی در سطحی مناسب برای کسانی که پیشینه مهندسی مکانیک یا هوافضا دارند ارائه می دهد. با استفاده از یک رویکرد فرضی که مراحل زیر را توصیف می کند، معادله موج شرودینگر مشتق شده و راه حل های ساده ای به دست آمده است که رفتار ساختاری اتمی و مولکولی را نشان می دهد. رفتار واقعی‌تر نیز همراه با روش‌های حل عددی شیمی کوانتومی مدرن برای حل معادله موج بررسی می‌شود.