• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Нанобиотехнологии

2022/2023
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
4
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
4-й курс, 1, 2 модуль

Программа дисциплины

Аннотация

Нанобиотехнологии - это новое междисциплинарное направление в науке и технологиях, которое играет ключевую роль в создании наноустройств для анализа живых систем на молекулярном уровне. Это направление подразумевает всесторонний контроль, управление, создание, восстановление, защиту и совершенствование всех биосистем человека с использованием разработанных наноустройств и наноструктур, которые могут включать продвинутые системы доставки лекарств, новые формы диагностики, терапии и получение изображений in vivo, а также нейроэлектронные интерфейсы и другие наноэлектронные сенсоры. Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает требования к образовательным результатам и результатам обучения студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Нанобиотехнологии», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 06.03.01 Биология, обучающихся по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по направлению 06.03.01 Биология; Образовательной программой «Клеточная и молекулярная биотехнология» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Данная учебная дисциплина включена в раздел «Вариативная профессиональная часть» Учебного плана 06.03.01 Биология и относится к базовой профильной части. Осваивается на 4 курсе в 1-2 модуле. Изучение данной дисциплины базируется на результатах освоения дисциплины «Молекулярная биология», «Бионформатика», «Физика», «Биофизика», «Общая и неорганическая химия». Основные положения дисциплины «Основы молекулярной онкологии» будут использоваться при прохождении практики на 4 курсе образовательной программы «Клеточная и молекулярная биотехнология».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Подготовка к научно-исследовательской и педагогической деятельности, связанной с решением задач, стоящих перед современной цивилизацией при проведении исследований в области нанохимии и нанотехнологии.
  • Сформировать представления о современных концепциях нанохимии и нанотехнологии.
  • При освоении дисциплины студенты получают обзорные знания о перспективах развития нанохимии и нанотехнологии в области материаловедения, тонкого органического синтеза и наноструктурированных материалов.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знание основных понятий нанохимии и нанотехнологии.
  • Понимание процессов: электростатические эффекты, локальный тепловой нагрев, пластическая деформация.
  • Знание квантовых размерных эффектов.
  • Знание способов получения наночастиц.
  • Умение классифицировать наночастицы.
  • Овладение знаниями о перспективах изготовления электронных приборов с применением нанотрубок.
  • Понимание - Умные наноматериалы.
  • Понимание принципов функционирования полупроводниковой электроники.
  • Знание следующих процессов: формирование нанокристаллов кремния и германия в диоксиде кремния и полимерных материалах при ионной бомбардировке.
  • Процессы самоорганизации наноструктур при ионном синтезе.
  • Понятие о литографически-индуцированной самосборке наноструктур.
  • Знание следующих процессов: Мутации. Рестрикция. Трансдукция. Обмен генетическим материалом.
  • Ознакомление с биомиметикой.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема 1. Введение в нанохимию и нанотехнологию. Основные понятия нанохимии и нанотехнологии. История развития нанотехнологий. Инструментарий нанотехнолога. Супрамолекулярная химия и самосборка основные термины и понятия. Будущее нанотехнологий: проблемы и перспективы.
    Введение в нанотехнологию. Цели и задачи нанотехнологии. Физические и технологические проблемы и ограничения микроминиатюризации полупроводниковых устройств. Применение методов нанотехнологии для уменьшения размеров приборов. Перспективные наноматериалы и направления нанотехнологии. Визуализация и контроль результатов нанотехнологий - обязательное условие для их реализации и развития. Основные понятия нанохимии и нанотехнологии. Электростатические эффекты, локальный тепловой нагрев, пластическая деформация, полевое испарение положительных и отрицательных ионов, пондеромоторный эффект, эффект электронного ветра. История развития нанотехнологий. Наностуктурные элементы вещества. Наноструктурные элементы вещества: атомы, молекулы, фуллерены, нанотрубки, кластеры. Квантовые точки (КТ) - искусственные молекулы. Наноструктурные полимеры Инструментарий нанотехнолога. Материалы на основе наноструктурных элементов. Нанокристаллы, нанотрубки, наностержни и их производные. Структурные элементы для наноматериалов более высокого порядка. Углеродные нанотрубки, технология изготовления, структура и свойства. Супрамолекулярная химия и самосборка - основные термины и понятия. Материалы электроники для нанотехнологий. Кремний и его модификации, в том числе, кремний на изоляторе, пористый кремний, нанокристаллы кремния в диоксиде кремния. Будущее нанотехнологий: проблемы и перспективы. Гетероструктуры (ГС) и наиболее распространенные системы полупроводниковых материалов на основе твердых растворов А3В5. Тройные и четверные соединения на основе A3B5. Материалы на основе нитридов и их применение.
  • Тема 2. Корпускулярно-волновая природа электромагнитного излучения и строение атома. Квантовые размерные эффекты. Квантовые точки, проволоки и плоскости.
    Корпускулярно-волновая природа электромагнитного излучения и строение атома. Субмикронные технологии. Уменьшение размеров элементов методами традиционной планарной технологии за счет разработки, создания и применения экстремальных ультрафиолетовых источников излучения со сверхкороткой длиной волны (13.5 нм) при процессах литографии. Квантовые размерные эффекты. Источники экстремального ультрафиолета. Лазерное излучение: взаимодействие с поверхностью и применение в НТ. Нанолитография. Электронная, ионная и рентгеновская литографии. Изготовление наноточек и нанопроволок литографическими методами. Квантовые точки, проволоки и плоскости. Самоорганизация квантовых точек и нитей. Квантовые точки. Самоорганизованный рост по механизму Странски-Крастанова. Теория самоорганизованного роста квантовых точек. Системы полупроводниковых материалов для выращивания структур с КТ.
  • Тема 3. Объекты нанохимии. Классификации наночастиц. Способы получения наночастиц.
    Объекты нанохимии. Классификации наночастиц. Нанопечатная литография. Изготовление штампов. Выбор резистов, полиметилметакрилат. Реактивное ионное травление. Способы получения наночастиц. Эпитаксиальные методы. Химическое осаждение из паровой фазы (CVD): его виды, основные закономерности и методика. Эпитаксия из металлоорганических соединений и летучих неорганических гидридов (MOCVD). Наиболее распространенные системы веществ - источников компонент полупроводниковых материалов и твердых растворов.
  • Тема 4. Углеродные наноматериалы - получение, характеристика, свойства. "Умные" наноматериалы.
    Углеродные наноматериалы - получение, характеристика, свойства. Самоорганизация нанотрубок. Преобразование планарных напряженных гетероструктур в трехмерные, имеющие радиальную симметрию (нанотрубки). Перспективы изготовления электронных приборов с применением нанотрубок. Умные наноматериалы. Рост наноструктур на фасетированных плоскостях. Трехмерные массивы когерентно-напряженных островков. Массивы вертикально-связанных КТ.
  • Тема 5. Принципы функционирования полупроводниковой электроники. ДНК-компьютер.
    Принципы функционирования полупроводниковой электроники. ДНК-компьютер. Периодические структуры плоских доменов. Структуры с периодической модуляцией состава в эпитаксиальных пленках твердых растворов полупроводников. Полупроводниковые лазеры на основе гетероструктур с квантовыми точками.
  • Тема 6. Нанообъекты как основа новых лекарств и систем их направленной доставки.
    Нанообъекты как основа новых лекарств и систем их направленной доставки. Ионный синтез наноструктур на поверхности и в объёме полупроводников. Формирование нанокристаллов кремния и германия в диоксиде кремния и полимерных материалах при ионной бомбардировке. Процессы самоорганизации наноструктур при ионном синтезе. Анизотропное распыление поверхности полупроводниковых материалов при воздействии ионных пучков.
  • Тема 7. Нанодиагностика. ДНК-чипы и биочипы.
    Нанодиагностика. ДНК-чипы и биочипы. Литографически-индуцированная самосборка наноструктур. Понятие о литографически-индуцированной самосборке наноструктур. Кремниевые подложки, гомополимер, требования к маске.
  • Тема 8. Генная терапия и электропорация. Рекомбинантные ДНК.
    Генная терапия и электропорация. Рекомбинантные ДНК. Генная инженерия. Мутации. Рестрикция. Трансдукция. Обмен генетическим материалом.
  • Тема 9. Нанотехнологии и биомиметика: подражая природе.
    Нанотехнологии и биомиметика: подражая природе. Конструируя из белков. Поделки из молекул ДНК. РНК-наномашины. Вирусы.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Дискуссия. Устный опрос_Тема 1-2
  • неблокирующий Дискуссия. Устный опрос_Тема 3
  • неблокирующий Дискуссия. Устный опрос_Тема 4
  • неблокирующий Дискуссия. Устный опрос_Тема 5-9
  • неблокирующий Экзамен
    Экзаменационный билет содержит от 2 до 3 вопросов из приведенного примерного перечня вопросов.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.1 * Дискуссия. Устный опрос_Тема 3 + 0.1 * Дискуссия. Устный опрос_Тема 4 + 0.2 * Дискуссия. Устный опрос_Тема 5-9 + 0.1 * Дискуссия. Устный опрос_Тема 1-2 + 0.5 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Гусев А.И. - Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии - Издательство "Физматлит" - 2009 - 416с. - ISBN: 978-5-9221-0582-8 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2173
  • Научные основы биотехнологий. Часть I: Учебное пособие. Нанотехнологии в биологии/ГорленкоВ.А., Соавт. КутузоваН.М., ПятунинаС.К. - М.: Прометей, 2013. - 262 с.: 60x90 1/16 (Обложка) ISBN 978-5-7042-2445-7
  • Поляков, В.В. Биомедицинские нанотехнологии : учеб. пособие / В.В. Поляков ; Южный федеральный университет. - Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2018. - 129 с. - ISBN 978-5-9275-2864-6. - Режим доступа: https://new.znanium.com/catalog/product/1039720
  • Рамбиди Н.Г. - Нанотехнологии и молекулярные компьютеры - Издательство "Физматлит" - 2007 - 256с. - ISBN: 978-5-9221-0869-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2290

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Марголин В. И., Жабрев В. А., Лукьянов Г. Н. - Введение в нанотехнологию - Издательство "Лань" - 2012 - 464с. - ISBN: 978-5-8114-1318-8 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/4310
  • Рамбиди Н.Г., Берёзкин А.В. - Физические и химические основы нанотехнологий - Издательство "Физматлит" - 2009 - 456с. - ISBN: 978-5-9221-0988-8 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2291