Наноматериалы в биотехнологии и биоинженерии

Нанокомпозиционные полимерные материалы являются перспективными и современными материалами, без которых уже невозможно себе представить современную медицину, фармацевтику и биотехнологию. Данный курс направлен на получение комплекса знаний о нанокомпозитах, предназначенных для применения в биоинженерии, фармацевтике и биотехнологии, включая их основные свойства, методы характеризации, технологию применения.

Курс будет интересен как обучающимся и преподавателям профильных специальностей, так и сотрудникам проектных компаний, работающих в области создания и разработки наноматериалов, проектирования, разработки и создания полимерных композитов, используемых в биотехнологии и биоинженерии. Несомненно, курс будет полезен специалистам, занимающимся продвижением индустрии наносистем для расширения понимания перспектив применения нанокомпозитных материалов.

Целью реализации курса является совершенствование и получение новой компетенции, необходимой для профессиональной деятельности, и повышение профессионального уровня в рамках имеющейся квалификации для профессионального стандарта «Специалист по разработке наноструктурированных композиционных материалов»:

• лабораторно-аналитическое сопровождение разработки наноструктурированных композиционных материалов;
• научно-техническая разработка и методическое сопровождение в области создания наноструктурированных композиционных материалов;
• управление методами и средствами проведения исследований и разработок наноструктурированных композиционных материалов.

В состав курса входят видеолекции, опросы по материалам видеолекций, презентации и практические упражнения. Длительность курса составляет 10 недель. Трудоемкость курса – 3 зачетные единицы. Средняя недельная нагрузка на обучающегося – 10 часов.

1. Наноструктуры в биомедицине = Biomedical nanostructures; Biomedical nanjstructures / [А. Агравал [и др.]] ; под ред. К. Е. Гонсалвес [и др.] ; пер. с англ. канд. хим. наук С. А. Бусева, канд. хим. наук Т. П. Мосоловой, канд. физ.-мат. наук А. В. Хачояна .— М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, [2012] .— 519 с.
2. Введение в нанотехнологию : рек. УМО вузов РФ по образованию в обл. радиотехники, электроники, биомед. техники и автоматизации в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по направл. 211000 - "Конструирование и технология электрон. средств" / В. И. Марголин [и др.] .— СПб. : Издательство "Лань", 2012 .— 457 с. : ил., портр. — (Учебники для вузов. Специальная литература) .— Библиогр. в конце гл. — ISBN 978-5-8114-1318-8.
3. Рогов, Владимир Александрович. Технология конструкционных материалов. Нанотехнологии : Учебник / Рогов В.А. — 2-е изд., пер. и доп .— М. : Издательство Юрайт, 2017 .— 190 .— (Авторский учебник) .— ISBN 978-5-534-00528-8 : 68.18, 4.
4. Гусев, Александр Иванович. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев .— Изд. 2-е, испр. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007 .— 416 с. : ил. — Библиогр. в конце гл. — Имен. указ.: с. 406-407 .— Предм. указ.: с. 408-414 .— ISBN 978-5-9221-0582-8.
5. Пул-мл., Ч. Нанотехнологии : рек. ИХФ РАН в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направл. подготовки "Нанотехнологии" / Ч. Пул-мл., Ф. Оуэнс ; пер. с англ. под ред. Ю. И. Головина .— Изд. 4-е, испр. и доп. — М. : Техносфера, 2009 .— 335, [1] с. : ил. — (Мир материалов и технологий. VI - 23) .— Прил.: с. 311-318 .— Библиогр. в предисл.: с. 15-16.
6. Рыжонков, Дмитрий Иванович. Наноматериалы : учебное пособие / Д. И. Рыжонков, В. В. Лёвина, Э. Л. Дзидзигури .— 2-е изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010 .— 365, [1] с. : ил. — (Нанотехнологии) .— Библиогр.: с. 363 .— ISBN 978-5-9963-0345-8 ((в пер.))
7. Цао Гочжун. Наноструктуры и наноматериалы. Синтез, свойства и применение = Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties & Applications / Цао Гочжун, Ин Ван ; пер. с англ. 2-го изд. А. И. Ефимова, С. И. Каргова ; науч. ред. В. Б. Зайцев; [МГУ им. М. В. Ломоносова, НОЦ по нанотехнологиям] .— М. : Научный мир, 2012 .— 515, [2] с. : ил. — (Фундаментальные основы нанотехнологий: исследования и разработки) .— Парал. тит. л англ. — Библиогр. в конце гл. — Предм. указ.: с. 500-515 .— ISBN 978-5-91522-224-2.

Необходимые знания соответствуют набору базовых курсов технических ВУЗов, которые составляют программу бакалавриата: физика, химия, биология.

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Основные характеристики нанообъектов, используемые в медицине, фармакологии и биотехнологии.
2. Нанообъекты, применяемые в медицине и фармакологии.
3. Коллоидные кластеры и наноструктуры.
4. Природные нанообъекты.
5. Природные нанокристаллы.
6. Полимеры и нанокомпозиты.
7. Теории и наноматериалы.
8. Методы исследования наночастиц и полимерных нанокомпозиционных материалов.
9. Физико-механические, термические методы анализа.
10. Применение полимерных материалов в биотехнологии и медицине.

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели.

В результате освоения курса слушатель будет:

• знать:
  • виды, свойства и характеристики наночастиц, применяемых при создании полимерных материалов, используемых в областях биотехнологии и биоинженерии;
  • фундаментальные основы создания композиционных материалов на основе наномодификаторов и полимерной матрицы;
  • Фундаментальные законы формирования нанокомпозиционных полимерных материалов;
• владеть (уметь):
  • оценивать влияние состава и вида наночастиц на эксплуатационные свойства и характеристики полимерных материалов и систем в зависимости от области применения материала;
  • использовать на практике современные представления наук о материалах, о влиянии микро- и нано- масштаба на свойства материалов, взаимодействии материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками частиц;
  • базовыми знаниями о проблемах современного теоретического и экспериментального материаловедения и принципах дизайна материалов с заданными свойствами в объеме необходимом для использования в профессиональной деятельности;
  • физико-химические основами получения композиционных материалов;
  • производить оценку структуры и свойств наноструктурированных композиционных материалов различными методами исследования ставить задачи, разрабатывать и оценивать методики их решения;
• иметь навыки:
  • критического анализа современных проблем фармакологии и биоинженерии,
  • оценки перспективность направлений исследований;
  • разработки новых методологических подходов к оценке характеристик новых материалов;
  • оформления методических рекомендаций по проведению лабораторно-аналитических работ по оценке качества наноструктурированных композиционных материалов;

• способность применять основные типы наноматериалов и наносистем неорганической и органической природы для решения задач биоинженерии и медицины; владеть навыками выбора этих материалов для заданных условий эксплуатации; 
• способность использовать на практике современные представления наук о свойствах веществ и материалов при переходе их в наноразмерное состояние, о влиянии размера на свойства веществ и материалов, взаимодействия наноматериалов и наносистем с окружающей средой; 
• способность критически анализировать современные проблемы в области фармакологии и биоинженерии, ставить задачи и разрабатывать программу исследования; 
• способность использовать современные средства и технологии для анализа нанообъектов, и квалифицированно интерпретировать полученные результаты исследований.

04.04.02 Химия, физика и механика материалов
05.04.06 Экология и природопользование
06.04.01 Биология
06.05.01 Биоинженерия и биоинформатика
16.04.01 Техническая физика
18.04.01 Химическая технология
18.04.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
19.04.01 Биотехнология
22.04.01 Материаловедение и технологии материалов
28.04.01 Нанотехнологии и микросистемная техника
28.04.02 Наноинженерия
28.04.03 Наноматериалы
28.04.04 Наносистемы и наноматериалы
30.05.02 Медицинская биофизика