Наноэлектроника в биологии и медицине

Цели и задачи дисциплины

Цель – изучение принципов работы наноэлектронных систем как таковых и в связи с их взаимодействием с биологическими объектами. Задачи: 1. Изучить особенности элементов наноэлектроники, вытекающие из нанометрого масштаба их размеров. Продемонстрировать, как эти особенности могут быть использованы для совершенствования известных и создания новых способов получения, обработки и хранения информации. 2. Изучить специфику процесса извлечения информации о строении и свойствах биологических систем, определить роль и пределы применимости наноэлектронных устройств (НЭУ) в этом процессе. 3. Освоить базовые принципы расчета НЭУ самих по себе и в условиях взаимодействия с биосистемами. 4. Добиться понимания современного состояния изучаемой отрасли знаний и перспектив ее развития в будущем.

Краткое содержание дисциплины

Электроника стала одним из главных элементов многих направлений в биологии и медицине, начиная от фундаментальных биофизических исследований возбудимых тканей до медицинского мониторинга и электронных имплантатов, восстанавливающих движения конечностей. Наноэлектронные системы открывают множество новых возможностей для прогресса в этом отношении. Новые классы биоэлектронных интерфейсов на молекулярном уровне могут быть созданы с использованием либо одномерных наноструктур, таких как нанопроволоки и нанотрубки, либо двумерных наноструктур, таких как графен. Могут быть созданы наноразмерные сверхчувствительные сенсоры, обладающие пространственным разрешением на субклеточном уровне. Наноструктуры могут входить в состав искусственно созданных тканей, в которых чувствительные элементы интегрированы так же тесно, как нервная система в естественных тканях. Тесная интеграция наноматериалов с клетками и тканями позволяет создавать платформы in vitro для фундаментальных исследований или диагностики состояний биосистем. Такие «лаборатории на чипе» позволяют тестировать терапевтическое воздействие молекул-кандидатов на межклеточном, одноклеточном и даже внутриклеточном уровне. Наконец, достижения в области наноэлектроники могут привести к созданию чрезвычайно сложных, многофункциональных, интеллектуальных материалов с возможностями, открывающих огромный спектр биомедицинских приложений от диагностических исследований до создания киборгов.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ОПК-1 Способен представлять современную научную картину мира, выявлять естественнонаучную сущность проблем, определять пути их решения и оценивать эффективность сделанного выбора