Срок обучения: 2 года

Степень: магистр техники и технологии.

 

Руководитель магистерской программы: заведующий кафедрой физической электроники, профессор Фотиади Александр Эпаминондович

 

Профиль программы:


Необходимость и актуальность разработки общей образовательной программы «Физика и диагностика биомолекулярных систем» обязана тому, что биомолекулярная электроника является важнейшей и безальтернативной перспективой развития электроники в целом. Данная программа является междисциплинарной, возникшей на стыке таких наук как физика твердого тела, органическая и неорганическая химия, биология и медицина.

 

Развитие нового подхода в наноэлектронике требует решения ряда проблем в трех основных направлениях:

 

  • исследование физических процессов в нано- и молекулярных структурах и их характеризация с помощью физических методов;
  • разработка методов организации молекул в субмолекулярный ансамбль и исследование эффектов самоорганизации в физике наноструктур и биологии;
  • разработка физических принципов функционирования электронных устройств на их основе.

 

К основным областям знаний, определяющим профиль данной магистерской программы, относятся:


  • Молекулярные нано-, биоструктуры ансамбли, клеточные и внутриклеточные образования.
  • Формирование биомолекулярных структур в растворах, в твердой фазе, в том числе на поверхности твердого тела, и в газовой фазе.
  • Методы и аппаратура фундаментальных научных исследований электронно-физических и электронно-химических свойств биомолекулярных объектов.
  • Энергетическая, потенциальная, электронная и колебательно-вращательная структуры биомолекул.
  • Макроскопические свойства молекулярных  систем, отражающие внутримолекулярные эффекты.
  • Физические процессы  в нано - и молекулярных структурах.
  •  Физические процессы в нанобиоструктурах, происходящих в них под воздействием различного рода полей. Методы  их  регистрации.
  •  Физические основы разработки и инженерно-технологические характеристики элементной базы и функциональных устройств биомолекулярной электроники.
  • Приборы биомолекулярной электроники. Применение нанобиоэлектроники в медицине.

 

Данные области знаний могут быть реализованы при освоении потенциальными специалистами следующих учебных дисциплин


  • Математическое моделирование биологических объектов
  • Физика макромолекул
  • Обратные и некорректные задачи технической физики
  • Физические основы молекулярной электроники
  • Взаимодействие излучения с биомолекулярными системами
  • Атомно-молекулярная флуктуационная динамика
  • Эффективные алгоритмы вычислительной математики
  • Физики и химия биомолекулярных систем и наноструктурированных материалов
  • Физико-техническое обеспечение радиационного воздействия на живые организмы
  • Введение в биомолекулярную электронику
  • Вакуумная электроника в биологии и медицине
  • Информационные технологии в биологии и медицине
  • Исследование биомолекулярных систем методами зондовой микроскопии
  • Ядерно-физические методы в физике твердого тела
  • Основы томографии
  • Философски проблемы технической физики

 

Концепция:


В последнее время широко ведутся теоретические и экспериментальные исследования искусственно создаваемых низкоразмерных структур; трубок, пор, квантовых слоев, проволок и точек. Ожидается, что специфические квантовые явления, наблюдающиеся в этих системах, могут лечь в основу создания принципиально нового типа электронных приборов. Однако реализация таких структур сопряжена с большими технологическими сложностями даже при создании единичных элементов, и непреодолимые трудности возникают при создании, например,  чипов с многомиллионными элементами. В то же время существует неизмеримо более легкий путь – это использование тех наносистем, которые создала природа, а именно: биомолекул. Наряду с огромным количеством выполняемых  сложнейших биологических функций на молекулярном уровне, биомолекулы обладают рядом свойств, необходимых для создания наноэлектронных устройств. Они на фундаментальном уровне способны воспринимать и переносить заряды, акустические и электромагнитные волны, генерировать и обрабатывать сигналы, обмениваться сигналами с окружающей средой, изменять оптические  свойства под воздействием излучения, генерировать электронные каскады, что необходимо для усиления электрического и оптического сигнала.

 

В настоящее время реально могут быть использованы молекулярные системы, в которых внутримолекулярные эффекты имеют макроскопическое проявление. На первом этапе развития молекулярной электроники следует использовать макроскопические свойства молекулярных  систем, которые обуславливались бы структурными реорганизациями, происходящими на уровне отдельных молекулярных  ансамблей. Физический принцип функционирования подобных электронных устройств должен снять размерностные ограничения, по крайней мере, до размеров больших молекулярных образований.

 

Изучение физико-технических аспектов процессов формирования, организации и функционирования молекулярных нано- и биоструктур предусматривает исследование, анализ  и разработку методов создания, организации и управления нанобиоструктурами, клеточными и внутриклеточными образованиями, молекулярными структурами и ансамблями, а также разработку методов регистрации изменений, происходящих в исследуемом образце под воздействием различного рода полей. Наноматериалы на основе полимеров и композитов включают: полимерные микросферы, мембраны и наноструктуры, углеродные нанотрубки, фуллерены, кремний, диоксид кремния и оксид железа. К материалам молекулярной электроники относят органические полупроводниковые и диэлектрические материалы, органические и полимерные пленки субмикронной толщины и пленки Ленгмюра-Блоджета.

 

Если намечающиеся тенденции в развитии нано- и биотехнологии сохранятся, то наиболее всесторонне и весомо они могут быть реализованы в медицине. Именно потребности медицины, медицинской биологии и экологии человека остаются мощными стимуляторами поиска все новых наноматериалов и методов исследований, и это положение в будущем не только сохранится, но и усилится.

Для того, что бы успешно работать в сфере применения нанотехнологий в медицине, необходимо иметь хорошую базу в виде фундаментальных курсов, разработанных на радиофизическом факультете, в области физики твердого тела, общей биологии, физике и химии макромолекул, физической химии, квантовой и физической электронике и оптике. В то же время для работы в наноотрасли потребуются специалисты, владеющие знаниями в мультидисциплинарных областях: молекулярной электронике, физике макромолекул, радиационной медицине, зондовой микроскопии, биомолекулярной электронике и т. д. Обучение по данным курсам может быть осуществлено в рамках новой программы «Физика и диагностика биомолекулярных систем»


Цели и задачи:


1. Повышение качества образования и конкурентоспособности образовательной деятельности вуза по подготовке бакалавров и магистров по направлению 223200 «Техническая физика» на основе создания основной образовательной программы «Физика и диагностика биомолекулярных  систем»

2. Развитие и совершенствование политехнической модели системы образования, обеспечивающей высокое качество подготовки всесторонне развитых, высококвалифицированных и конкурентоспособных специалистов.

3. Обеспечение престижности российского политехнического образования, концентрация в СПбГПУ конкурентоспособных научно-педагогических кадров, включая лучших молодых специалистов, путем создания привлекательной научно-образовательной среды.

 

Компетенции выпускника

 

В результате освоения ООП магистратуры по программе «Физика и диагностика биомолекулярных систем» выпускник должен обладать компетенциями, способствующими социальной мобильности, конкурентоспособности и устойчивости на отечественном и мировом рынке труда и позволяющими выполнять различные задачи, сформулированные работодателями. К важнейшим компетенциям по ФГОС ВПО следует отнести:

 

обще-культурные-компетенции:


  • способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, пополнению своих знаний в области современных проблем технической физики и смежных наук, готовность к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности;
  •  готовность к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности; способность свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения;
  • способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение;

 

профессиональные компетенции:


  • способность к профессиональной эксплуатации современного научного и технологического оборудования и приборов (в соответствии с целями ООП «Физика и диагностика биомолекулярных систем»;
  • способность демонстрировать и использовать углубленные теоретические и практические знания фундаментальных и прикладных наук, в том числе и тех, которые находятся на передовом рубеже технической физики;
  • способность осуществлять научный поиск и разработку новых перспективных подходов и методов к решению профессиональных задач, готовность к профессиональному росту, к активному участию в научной и инновационной деятельности, конференциях, выставках и презентациях;
  • способность критически анализировать современные проблемы технической физики, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения экспериментальных и теоретических и прикладных задач, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты;
  • способность самостоятельно выполнять физико-технические научные исследования для оптимизации параметров объектов и процессов с использованием стандартных и специально разработанных инструментальных и программных средств.

 

Особое внимание уделяется компетенциям, введенным вузом – разработчиком ООП:


  • способность получать с помощью сканирующей зондовой микроскопии, томографии, ядерно-физических методов и масс-спектрометрии количественные оценки и характеристические параметры бимолекулярных систем различной природы и использовать эти данные для медицинской диагностики, обработки информации, а также для решения физических и технологических задач
  • способность и готовность развивать существующие и осваивать новые методики зондовой микроскопии и томографии, используемые при работе с бимолекулярными системами
  • способность эффективно использовать современные информационные технологии для обработки и анализа экспериментальных данных, полученных с помощью различных методов исследования бимолекулярных систем
  • способность демонстрировать и использовать в профессиональной деятельности углубленные знания основных понятий, закономерностей и методов математического моделирования биомолекулярных систем различной природы
  • готовность и способность использовать знание физико-химических процессов, протекающих в различных биомолекулярных системах и наноструктурированных материалах в своей профессиональной деятельности.

 

Предполагаемые виды деятельности выпускника:


Магистр техники и технологии по направлению 223200 – Техническая физика должен быть подготовлен для продолжения образования в аспирантуре по специальностям 01.04.04 – Физическая электроника; 01.04.07. – Физика конденсированного состояния; 01.04.21 – Лазерная физика.

 

Кафедры радиофизического факультета имеют давние и устойчивые связи с промышленными предприятиями, отраслевыми институтами и институтами Российской Академии наук, что позволяет выпускникам, обучавшихся по данной магистерской программе, продолжить научную деятельность в таких учреждениях как ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Институт Высокомолекулярных соединений РАН, Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины им. А.М. Никифорова, ВНЦ НИТИОМ ГОИ им. С.И. Вавилова, НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, Институт аналитического приборостроения РАН