Нанотехнологии в сенсорах для молекулярного анализа
|
Лектор: к.ф.-м.н., доцент Зайцев Владимир Борисович
доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ
|
Код курса:
|
|
Аннотация курса
Необходимость молекулярного анализа диктуется развитием современного индустриального общества, производящего огромного количество полезных предметов и веществ, и одновременно создающего проблемы вредных выбросов и побочных продуктов. В данном курсе лекций из всего обилия сенсоров уделено внимание твердотельным сенсорам для молекулярного анализа, то есть анализа состава газов и жидкостей. С развитием нанотехнологий и физики наносистем появились эффективные способы увеличения чувствительности сенсоров и принципиально новые материалы и покрытия, повышающие чувствительность и селективность сенсоров. Применение молекулярной электроники и биотехнологий позволяет создавать абсолютно новые подходы к разработке сенсорных устройств. В рамках курса студенты познакомятся с принципами построения молекулярных сенсоров на основе различных физических и химических эффектов и на основе био-структур. Одновременно студенты повторяют материал пройденных разделов физики, описывающих используемые в сенсорах явления.
|
Статус:
|
обязательный
|
Аудитория:
|
профильный
|
Специализация:
|
Наносистемы и наноматериалы
|
Семестр:
|
9
|
Трудоёмкость:
|
2 з.е.
|
Лекций:
|
36 часов
|
Семинаров:
|
0 часов
|
Практ. занятий:
|
0 часа
|
Отчётность:
|
экзамен
|
Начальные
компетенции:
|
М-ПК-1, М-ПК-6
|
Приобретаеые
компетенции:
|
М-ПК-2, М-ПК-3, М-ПК-4
|
|
|
|
Приобретаемые знания и умения
|
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать основные принципы построения и работы современных сенсоров для газового и жидкостного анализа, а также особенности применения при создании сенсоров нанотехнологий, биотехнологий и элементов молекулярной электроники.
|
Образовательные технологии
|
Курс имеет электронную версию для презентации. Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.
|
Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП
|
Курс опирается как на базис и дополняет дисциплины: "Введение в физику полупроводников", "Физические явления на поверхности твердого тела", и “Биоорганическая химия” и часть курса "Радио- и ик спектроскопия твердотельных систем пониженной размерности".
|
Дисциплины и практики, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующего
|
Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, курсовая работа. Данный курс и дисциплины "Основы молекулярной электроники", "Физика наносистем" и "…" являются взаимодополняющими.
|
Основные учебные пособия, обеспечивающие курс
|
В.Ф. Киселев, С. Н. Козлов, А. В. Зотеев. Основы физики поверхности твердого тела. М., МГУ, 1999.
И.А. Мясников. В.Я. Сухарев. С.А. Завьялов, Л.Ю. Куриянов. Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях. М., Техносфера, 1991.
Г.С. Плотников, В. Б. Зайцев. Физические основы молекулярной электроники, М., Изд-во МГУ, 2000.
Биосенсоры: основы и приложения / Под ред. Э. Тернера и др. М.: Мир, 1992.
Б. Эггинс. Химические и биологические сенсоры, М. 2005
|
Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс
|
1. Зайцев В.Б. Физические основы селективных полупроводниковых сенсоров. Москва МГУ, 2005.
|
Основные научные статьи, обеспечивающие курс
|
1. V. Zaitsev, R. Rosty, B. Kebbekus. The testing of a semiconductor-based adsorption modified photosensitive sensor for its response to a volatile organic compound, oxygen, humidity and temperature. SENSORS & ACTUATORS - PART B - CHEMICAL SENSORS – V. 107, pp. 347-352, 2005.
2. A.A. Zhukova, M.N. Rumyantseva, V.B. Zaytsev, J. Arbiol, L. Calvo-Barrio, A.M. Gaskov, Tin Oxide Wiskers: Antimony Effect on Structure, Electrophysical, Optical and Sensor Properties, in: Nanotechnological Basis for Advanced Sensors, Springer, 545 p., 2011.
3. K. Linga, E. Godik, E. V. Levin, J. Krutov, V. B. Zaitsev, V. E. Shubin, D. A. Shushakov, S. L. Vinogradov. Bio-sensing: the use of a novel sensitive optical detector. SPIE Vol. 6083, Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications VI, pp. 76-85, 2006
4. V. B. Zaitsev, B. Kebbecus. The Use Of Vibronic Phenomena In Adsorption Phase For Developing Of Semiconductor Gas Sensors. MATERIALS SCIENCE, V.20, №3, P. 29-37, 2002.
5. K. Linga, E. Godik, J. Krutov, V. B. Zaitsev, V. E. Shubin, D. A. Shushakov, S. L. Vinogradov. Novel sensor for ultrasensitive and single-molecule detection. SPIE Vol. 6092, Ultrasensitive and Single-Molecule Detection Technologies pp. 216-225, 2006
|
Программное обеспечение и ресурсы в интернете
|
B. Kebbekus, V. Zaitsev, Development of semiconductor-based sensors for a sensor array device for the monitoring of organic gases, Web Publication http://web.mit.edu/airquality/www/AR99/7m1.htm
Интернет поисковые системы http://www.yandex.ru и http://www.google.ru
|
Контроль успеваемости
|
Промежуточная аттестация проводится на 8 неделе в форме коллоквиума с оценкой. Критерии формирования оценки – уровень знаний пройденной части курса, посещаемость прошедших занятий, активность студентов на лекциях.
Текущая аттестация проводится еженедельно. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, активность студентов на лекциях.
|
Фонды оценочных средств
|
Контрольные вопросы для текущей аттестации на лекциях; вопросы для промежуточной аттестации; вопросы к экзаменам; темы докладов.
|
|
|
Структура и содержание дисциплины
|
Раздел
|
Неделя
|
Общий обзор сенсоров. Основы устройства сенсорных систем.
|
1
|
Понятие о химических сенсорах. Основные требования к молекулярным сенсорам.
|
2
|
Проблема детектирования газов и жидкостей. Роль физики поверхности и нанотехнологий в построении сенсоров.
|
3
|
Сенсоры на основе различных полупроводниковых структур и наноструктур.
|
4-5
|
Классификация и характеристики реальных полупроводниковых сенсоров.
|
6
|
Вибронные взаимодействия в адсорбционной фазе на поверхности полупроводников.
|
7
|
Промежуточная аттестация.
|
8
|
Построение селективных полупроводниковых сенсоров с элементами молекулярной электроники.
|
9
|
Оптические и фотоакустические сенсоры.
|
10-11
|
Сенсоры массы. Пьезоэлектрические сенсоры, Сенсоры на поверхностных акустических волнах и атомносиловые сенсоры
|
12-13
|
Пироэлектрические сенсоры.
|
14
|
Биосенсоры.
|
15-16
|
Тенденции развития сенсоров
|
17
|
Консультация
|
18
| |
