Sinh viên nghiên cứu việc sử dụng các phân tử sinh học làm vật liệu và sử dụng các enzym làm cảm biến hóa học trong việc thiết kế các xét nghiệm chẩn đoán peroxide, cholesterol và glucose.

Bằng cách kết hợp các tài liệu hàng ngày vào các bài học khoa học, chương trình Mô-đun Thế giới Vật liệu (MWM) tại Đại học Northwestern đã tìm ra giải pháp giúp sinh viên hứng thú với việc học khoa học đồng thời giúp giáo viên đáp ứng các tiêu chuẩn giáo dục quốc gia và tiểu bang.

Các mô-đun dễ tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng có thể được kết hợp vào bất kỳ lớp khoa học nào vì phạm vi rộng của các môn học được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế. Mỗi mô-đun là một đơn vị khoa học bổ sung, mất 1-3 tuần thời gian trên lớp (khoảng 10 giờ) để hoàn thành.

MWM sẽ mang đến cho sinh viên cơ hội để hiểu thế giới xung quanh theo cách mà họ chưa từng trải qua trước đây. Các học phần thúc đẩy nhận thức về vai trò của khoa học và công nghệ trong xã hội và hướng dẫn sinh viên kiểm soát tốt hơn công việc của họ.

Xem nhanh mô-đun

Hoạt động 1: Tìm hiểu phân tử sinh học và sự phát quang sinh học
Học sinh làm thí nghiệm với các mẫu đom đóm khô để xem chúng có tạo ra ánh sáng hay không và chúng phát ra ánh sáng trong điều kiện nào. Họ phát hiện ra rằng các phân tử sinh học, chẳng hạn như phân tử tạo ra ánh sáng ở đom đóm, có thể được sử dụng làm vật liệu bên ngoài cơ thể sinh ra chúng.

Hoạt động 2: Tìm hiểu về enzim và phân tử chỉ thị
Bằng cách quan sát các tín hiệu được tạo ra từ phản ứng xúc tác peroxidaza giữa peroxit và bốn phân tử chỉ thị khác nhau, học sinh hiểu được về enzim và phân tử chỉ thị, hai chất liệu thường được sử dụng trong cảm biến sinh học. Học sinh biết rằng enzim là các phân tử sinh học đóng vai trò chất xúc tác và so sánh thời gian để phản ứng xảy ra khi có hoặc không có chất xúc tác là enzim.

Hoạt động 3: Chế tạo cảm biến sinh học Peroxide
Học sinh tìm hiểu về thiết kế cảm biến sinh học bằng cách sử dụng peroxidase và một phân tử chỉ thị để tạo ra cảm biến sinh học peroxit. Họ tìm hiểu về các khái niệm về dải động, giới hạn phát hiện và độ chính xác của cảm biến sinh học bằng cách thử nghiệm cảm biến sinh học của họ để xác định xem nó có thể đo các nồng độ peroxide khác nhau hay không.

Hoạt động 4: Kiểm tra cảm biến sinh học Cholesterol
Học sinh sử dụng hai phản ứng liên kết giữa enzim và phân tử chỉ thị để tạo ra cảm biến sinh học cholesterol. Sau đó, họ sử dụng cảm biến sinh học của mình để cố gắng xác định mức cholesterol trong các mẫu “bệnh nhân” có nồng độ không xác định.

Hoạt động 5: Đánh giá cảm biến sinh học Cholesterol Sử dụng tại nhà
Học sinh xem xét các khía cạnh của thiết kế cảm biến sinh học từ quan điểm của người tiêu dùng và nhà thiết kế sản phẩm. Sau khi thiết kế bộ cảm biến sinh học cholesterol của riêng mình trên giấy, học sinh đọc và viết bài báo về một nhóm thiết kế bộ cảm biến sinh học thương mại và bộ cảm biến sinh học cholesterol mà họ thiết kế để sử dụng tại nhà. Học sinh tìm hiểu về những thách thức mà nhóm phải đối mặt và đánh giá thiết kế của nhóm.

Hoạt động 6: Nghiên cứu cảm biến sinh học
Học sinh nghiên cứu và viết một báo cáo chính thức về cảm biến sinh học mà họ lựa chọn. Báo cáo nên bao gồm lịch sử phát triển của cảm biến sinh học và giải thích về cách thức hoạt động và cách sử dụng của nó. Từ nghiên cứu của mình, sinh viên sẽ hiểu được các cách thức liên kết giữa khoa học, công nghệ và xã hội.

Dự án thiết kế: Thiết kế cảm biến sinh học Glucose
Học sinh sử dụng những gì đã học về các enzym, phân tử chỉ thị và cảm biến sinh học để thiết kế, kiểm tra và đánh giá cảm biến sinh học glucose.

Kết nối với chương trình giảng dạy của bạn

Các mô-đun của Thế giới Vật liệu rất đơn giản để tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng được thiết kế để dễ dàng kết hợp vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học hoặc bài giảng khoa học cấp trung học cơ sở hoặc trung học phổ thông nào. Biểu đồ dưới đây liệt kê các chủ đề được đề cập trong các phần Hoạt động và Dự án Thiết kế của học phần này.

Vật lý & Khoa học Vật lý

  • Ánh sáng
  • Màu sắc
  • Chỉ báo phát quang
  • Quang phổ điện từ
  • Chỉ số đo màu
  • Cấu trúc nguyên tử và các trạng thái năng lượng

Sức khỏe

  • Cholesterol trong chế độ ăn uống
  • Bệnh tim mạch
  • Giảm mức Cholesterol
  • Công nghệ chăm sóc sức khỏe

Nghệ thuật ngôn ngữ

  • Viết báo cáo
  • Nói trước công chúng

Hóa học

  • Hóa chất phát quang
  • Enzyme
  • Chất xúc tác
  • Phản ứng hoá học
  • Tỷ lệ phản ứng
  • Protein
  • Phản ứng oxy hóa-khử
  • Sắc ký giấy
  • Pha loãng tuần tự
  • Độ hòa tan và nồng độ
  • Lipid

Giáo dục nghề nghiệp

  • Nghề nghiệp trong chăm sóc sức khỏe

Sinh học và Khoa học Đời sống

  • Phát quang sinh học
  • Các phân tử sinh học
  • Enzyme
  • Các phản ứng Enzym được Liên kết
  • Protein
  • Cảm biến ánh sáng và màu sắc
  • Cholesterol
  • Xơ vữa động mạch

toán học

  • Tính toán tỷ lệ
  • Công thức đánh chặn độ dốc
  • Diễn giải đồ thị
  • Tính toán nồng độ

Các biện pháp dân gian

Ở Nam Mỹ, một số người điều trị vết cắn của một loài bò sát cực độc – cây thương – bằng cách bôi thuốc chiết xuất từ ​​một loại cây bản địa xinh đẹp, tên Latinh Aristolochia Odoratissima

Căn chỉnh tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn điểm chuẩn AAAS

 Hoạt động

Tiêu chuẩn NSES

 Hoạt động

Lớp 9-12  Kiểu dáng Lớp 9-12  Kiểu dáng
1. Bản chất của Khoa học

A. Khoa học như sự điều tra

Nghiên cứu khoa học

  

Khả năng nghiên cứu khoa học

     

Doanh nghiệp khoa học

Tìm hiểu nghiên cứu khoa học

   
2. Bản chất của Toán học

B. Khoa học vật lý

Toán học, khoa học và công nghệ

 

Cấu trúc và tính chất của vật chất

   

Yêu cầu toán học

Phản ứng hoá học

   
3. Bản chất của công nghệ

Tương tác giữa năng lượng và vật chất

 

Công nghệ và khoa học

   C. Khoa học Đời sống  

Thiết kế và hệ thống

   

Tế bào

   

4. Cài đặt vật lý

D. Khoa học Trái đất và Không gian  

Cấu trúc của vật chất

    

Khả năng thiết kế công nghệ

    

Sự biến đổi năng lượng

   

Hiểu biết về khoa học và công nghệ

 

5. Môi trường sống

F. Khoa học trong quan điểm cá nhân và xã hội  

Tế bào

 

Sức khỏe cá nhân và cộng đồng

8. Thế giới được thiết kế

Quan điểm lịch sử

Vật liệu và sản xuất

 

12. Thói quen của Tâm trí

Tính toán và ước lượng

 

Kĩ năng giao tiếp

  

Đoạn ghi hình

Sharon McCoy nói về Mô-đun cảm biến sinh học

 Xem video trên Youtube

Bảng An toàn Dữ liệu Vật liệu (MSDS) có thông tin có giá trị liên quan đến các chất được sử dụng trong bộ MWM này.