Магистрантам СПбГУ представится возможность быть на переднем крае современной науки
Новые образовательные программы инженерной и технологической направленности, разрабатываемые в Санкт-Петербургском государственном университете, ориентированы на подготовку специалистов по развитию современных высоких технологий. Одна из них — междисциплинарная программа магистратуры «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий», которая примет первых студентов в 2018 году. Рассказать о тенденциях в развитии этой научной области и особенностях подготовки для нее уникальных выпускников мы попросили доктора химических наук, доцента СПбГУ Константина Сёменова.
Константин Николаевич, как новая программа отражает современное состояние наук о наноматериалах в России и мире?
В настоящее время концепция цифровой экономики в материаловедении и инженерии находится в стадии развития, роста и детализации применения. Такие понятия, как «большие данные», «цифровая экономика», «машинное обучение», «нейронные сети», «нейропротезирование» и другие имеют непосредственное влияние на учебный процесс. Также в новой образовательной программе достаточно широко представлены направления, связанные с биомедицинским наноматериаловедением.
Какие задачи смогут решать магистранты, специализирующиеся по данному направлению?
Круг научных задач достаточно широк. Это и разработка молекулярных биосенсоров — например, для визуализации активности нейронов, и разработка катализаторов на основе биологических молекул. Второй большой сегмент — нейропротезирование, нуждающееся в современных наноматериалах нового поколения — дисциплина, лежащая на стыке нейробиологии и биомедицинской инженерии и занимающаяся разработкой нейронных протезов.
Далее — фотофармакология. Мы знаем, что некоторые молекулы меняют свою конформацию под действием света. Значит, можно изготовить лекарство, которое становится активным после поглощения фотона. Его будут использовать для адресной доставки лекарств, например, антиопухолевых препаратов. И еще один важный сегмент — это разработка программы по автоматическому поиску путей химических реакций на основе квантово-химических расчетов. Такая программа позволит химикам, фармацевтам, инженерам гораздо быстрее разрабатывать оптимальные траектории синтеза веществ/лекарств/топлива.
И это примеры только тех научных задач, которые будут решать студенты, избравшие в рамках нашей программы специализацию по нанобиотехнологиям. Нанобиотехнологии — это использование наноустройств и нанообъектов для контроля и мониторинга процессов, происходящих в биологической клетке. Клетка является основой всего живого, и если мы научимся влиять на клетку, мы сможем регулировать работу организма с беспрецедентной точностью.
Магистры, поступившие на программу должны будут выбрать еще более узкую специализацию? Какие актуальные научные темы разрабатываются в рамках других учебных траекторий?
Да, должны. Одна из траекторий будет связана с получением, изучением и математическим моделированием материалов на основе молекулярных и конденсированных систем. Это имеет прикладное значение для разработки новых полимерных материалов, жидкокристаллических материалов в растворе и в виде твердотельных покрытий. Например, для создания гибких дисплеев, органических транзисторов и устройств фотоэлектроники. А если говорить о медицине — это разработка модификаций костной ткани, адресная доставка лекарств, а в биологии — это выяснение воздействия антиоксидантов, индукторов устойчивости, гербицидов на растения и животные организмы.
Преподаватели, принимающие участие в реализации такого учебного блока как «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий» проводят изучение их физико-химических и биологических свойств, а также развивают возможности практического использования полученных материалов в качестве модификаторов конструкционных материалов, полимерных мембран, полиэлектролитов, а также в биомедицине и сельском хозяйстве. К примеру, уже сейчас на основе углеродных наноматериалов совместно с Агрофизическим институтом разработано новое поколение микроудобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и повышению их устойчивости к стресс-факторам, более того благодаря использованию этих микроудобрений снижается пестицидная нагрузка на экосистему. Ведутся активные работы по использованию углеродных наноматериалов в фотодинамической терапии, для создания кардиопротекторов, противовирусных препаратов, функциональных продуктов питания.
Для понимания природы и функционирования новых материалов уникальную информацию дают теоретические и вычислительные методы исследования. Полученная информация носит прогностический характер для последующих исследований. В этой связи, очень важно наличие в СПбГУ ресурсного центра «Вычислительный центр», обладающего высокопроизводительными ресурсами с современным программным обеспечением и производительностью в десятки терафлоп.
Вовлеченность в такие научные проекты позволяет магистрантам быть на переднем крае современной науки, принимать участие в подготовке научных статей для их представления в высокорейтинговые научные журналы. Как мы видим, наши выпускники будут востребованы в медицине, биологии, химической промышленности, фотонике, оптике, энергетике, робототехнике, электронике и так далее. То есть, по сути, они будут формировать окружающую нас действительность, наше ближайшее будущее.
Каковы особенности подготовки таких уникальных специалистов?
Совокупность дисциплин магистерской программы «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий» направлена на всестороннее детальное изучение наноматериалов — от синтеза, идентификации, изучения свойств до их применения в нанотехнологиях. Следует подчеркнуть, что в магистерскую программу включено большое число практических работ и научно-исследовательская практика студентов. Значительный объем практических навыков обучающиеся получают непосредственно в Университете. Ресурсные центры Научного парка СПбГУ обладают самым современным оборудованием и предоставляют уникальные возможности для реализации научно-исследовательских проектов широкого научного профиля.
Разработка концепции магистерской программы, учебных дисциплин, а также реализация программы осуществляется учеными с мировым именем, ведущими специалистами в области наноматериалов и нанотехнологий. Отличительной чертой программы является то, что выпускные квалификационные работы выполняются при взаимодействии с работодателями, занимающимися как исследованиями в области наноматериалов и нанотехнологий, так и их внедрением в производство. В числе партнеров и потенциальных работодателей — Институт высокомолекулярных соединений РАН, Институт химии силикатов РАН, ООО «НТЦ прикладных нанотехнологий», НИЦ «Курчатовский институт», ФГБУ «НМИЦ имени В. А. Алмазова» Минздрава России, ФГУП «Государственный научно‑исследовательский институт особо чистых биопрепаратов», ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт» и многие другие НИИ и предприятия.