Профиль «Наносистемы и наноинженерия» построен на взаимосвязи физики, химии и биологии в условиях современного научного мира. Для решения задач профиля потребуются знания по нескольким предметам, командная работа и желание создавать работающий прототип устройства своими руками. Финальная задача профиля традиционно предполагает много самостоятельной практической работы участников в лаборатории. Основная тематика профиля — современные наноматериалы и их практическое применение.
Финальная задача профиля является сердцем всего годового цикла профиля. Во время отборочных этапов и дополнительных подготовительных мероприятий участники могут получить необходимые для решения задачи финала теоретические знания и освоить практические навыки работы в химической лаборатории и не только. Во время финала участники синтезируют наноматериалы (например, квантовые точки) и собирают прототипы устройств на их основе.
Профиль включён в перечень Российского совета олимпиад школьников как олимпиада III уровня и приносит бонусы при поступлении в вузы (какие конкретно — зависит от правил приёма вуза).
В рамках первого отборочного этапа участникам предстоит решить задачи по физике, химии и биологии.
Второй отборочный этап будет проходить в два тура:
Индивидуальный тур будет проходить на платформе Stepik. Командный тур будет проходить в форме онлайн-симулятора нанотехнологического производства продуктов, близких по тематике к финальной задаче профиля. Симулятор решается командой и учитываются именно командные результаты. Познакомиться с механикой симулятора и логикой задач в нем можно на подготовительных хакатонах профиля, которые проходят осенью и включают в себя задачи прошлых лет.
Задачи не имеют одного правильного ответа и предполагают множество вариантов решения. К каждой задаче прилагаются методические материалы для решения. Симулятор содержит задачи разного уровня сложности, ориентированные на постепенное погружение участника в тематику финальной задачи.
Для успешного прохождения второго этапа команде пригодится умение распределять обязанности внутри команды и планировать своё время.
На этом этапе участникам предстоит решать задачи по физике, химии.
13.03
Физика 07:30−10:00
Химия 11:30−14:00
Этап пройдет в распределенном формате.
LED технологии давно захватили рынок экранов современных устройств благодаря высокой контрастности и качеству изображения. В вашем смартфоне применяют очень маленькие органические светодиоды (пиксели), каждый из которых селективно управляется процессором.
На профиле Наносистемы и наноинженерия 2021-2022 года мы сами изготовим диоды нового поколения, соберем подобное устройство, а также запрограммируем процессор для управления самодельным дисплеем! Мы впервые за всё время существования профиля подберемся к полному циклу создания готового устройства! Дисплей на основе диодов следующего поколения будет у вас уже в этом учебном году.
Для наставников профиля разрабатывается программа повышения квалификации по тематике профиля, апробация которой будет проходить в ноябре-декабре 2021 года. Программа будет доступна для освоения в удаленном режиме, по окончании программы участники получат свидетельство о прохождении программы повышения квалификации. Для предварительной записи на программу писать на nano@stemgames.ru.
Отдельный чат, где появляется дополнительная информация только для наставников.
Наставникам рекомендуется следить за группой профиля в ВКонтакте, задавать вопросы в сообщения группы или в чате наставников и обратить внимание на уже имеющиеся на странице профиля материалы подготовки для участников.
Математика: построение и экстраполяция функций, основы статистики, основы планиметрии, основы алгебры.
Физика: оптика, электричество, основы материаловедения (в т.ч. полупроводники), диоды, лазеры. Для индивидуального теоретического тура на финале будет полезно повторить все остальные разделы школьной физики.
Химия: решение расчетных задач, написание уравнений реакции по неорганической и органической химии, общие представления о правилах безопасной работы с химическими соединениями и лабораторным оборудованием (понимать, почему надо так, а не иначе. Например, до какой максимальной температуры можно нагревать тот или иной органический растворитель).
Биология: физика и химия белков и нуклеиновых кислот, строение клетки. Для индивидуального теоретического тура на финале будет полезно также повторить основы генетики, молекулярной биологии, биохимии, ботаники, зоологии, эволюции, анатомии и физиологии человека.
Простейшие манипуляции с лабораторными приспособлениями (отбор объемов жидкостей мерными цилиндрами, шприцами, пипетками пастера, фильтрование на воронке, умение мыть химическую посуду), работа с автоматической пипеткой, работа с нагревательной плиткой и магнитной мешалкой, аналитическими весами, лабораторной центрифугой, вытяжным шкафом.
Знание и соблюдение принципов безопасной работы в лаборатории.
Решение расчетных задач по химии и физике. Будет полезно (но не обязательно) уметь использовать для расчетов Excel или его аналоги.
Использование приборов для работы с электрическими цепями (мультиметр и пр.).
Читать и понимать научные тексты (гуглить непонятные слова при этом процессе - нормально)
Решение расчетных задач по химии и физике.
Простейшие манипуляции с лабораторными приспособлениями (отбор объемов жидкостей мерными цилиндрами, шприцами, пипетками пастера, фильтрование на воронке, умение мыть химическую посуду), работа с автоматической пипеткой, работа с нагревательной плиткой и магнитной мешалкой, аналитическими весами, лабораторной центрифугой, вытяжным шкафом.
Знать структуру научных статей
Использование приборов для работы с электрическими цепями (мультиметр и пр.)
Знание и соблюдение принципов безопасной работы в лаборатории
Распределять роли в команде. Договариваться и доверять сокомандникам.
Читать и понимать инструкции.
Работать с научной литературой и поисковыми системами (в том числе специфическими поисковыми системами для научной литературы).
Уметь описывать экспериментальные зависимости, вести лабораторный журнал.
Иметь навыки планирования и тайм-менеджмента.
Для участия на втором и заключительном этапах вам понадобится команда из 2−3 человек:
Химик-синтетик. Отвечает за синтез всех необходимых для задачи веществ. Важно уметь соблюдать технику безопасности в лаборатории, решать расчетные химические задачи. Будет полезно иметь базовые навыки работы в лаборатории. Для химика-синтетика будет важно уметь читать и понимать инструкцию, планировать эксперимент и время, которое на него нужно потратить.
Инженер-конструктор. Должен будет, используя продукты работы химика-синтетика, сформировать работающее устройство, оптимизировав количество веществ, конструкцию и инженерный дизайн прототипа. Для инженера-конструктора будет важно уметь быстро принимать решение на основе имеющейся ограниченной информации. Нужно будет уметь в целом работать руками, возможно, иметь самые базовые навыки пайки.
Физик-испытатель. Должен будет осуществлять оценку качества продукта, составлять программу доработки прототипа. Опционально: руководить процессом разработки, осуществлять продуктивную коммуникацию внутри команды. Должен уметь работать с физическими приборами типа мультиметра и пр. Физик-испытатель должен держать в голове полную картину происходящего и выдавать корректное ТЗ инженеру и синтетику.
Роль физика-испытателя и инженера-конструктора может быть совмещена в одном человеке. Роль химика-синтетика критично важна для выполнения финальной задачи. Частично роли могут пересекаться, но обязательно хотя бы один человек должен уметь решать расчетные задачи по химии и хотя бы один человек должен уметь работать в лаборатории руками (это действительно могут быть разные люди). Тем не менее, будет полезно четко разделить команду на того/тех, кто занимается химическим синтезом и того/тех, кто занимается разработкой и сборкой устройства.
На финале будет необходимо вести работы по этим направлениям параллельно. Научитесь доверять друг другу и эффективно коммуницировать. В этом вашей команде может помочь дистанционная и очная практическая подготовка по профилю в декабре и серия подготовительных хакатонов в январе-феврале.
Видеолекция «Перовскитные квантовые точки»
Видеолекция «Современные структуры и материалы. Лекция №1»
Видеолекция «Новые структуры и материалы. Лекция №2»
Видеолекция о биологическом и медицинском применении квантовых точек в рамках подготовки финалистов профиля
Статья о применении квантовых точек в биологии и медицине
Статья «Размерный эффект»
Статья о наносенсорах на основе квантовых точек
Статья «Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы»
Обзорная практико-ориентированная статья о применении квантовых точек в биологии
Подробная обзорная статья о синтезе квантовых точек, получении их биоконъюгатов и дальнейшем применении (на англ. языке)
Статья «Биоконъюгированные квантовые точки для мультиплексной и количественной иммуногистохимии» (англ.)
Статья «Разработка поверхностных лигандов полупроводниковых квантовых точек для хемосенсорных и биологических применений» (англ.)
Мошников В.А., Александрова О.А. (ред.) Наночастицы, наносистемы и их применение. Ч.1. Коллоидные квантовые точки
Методы синтеза наночастиц, коллоидные методы синтеза – лекция для подготовки к финалу профиля «Современные структуры и материалы» 2017
Справка по VR-подготовке. Наносистемы и наноинженерия — 2019
Курс «Квантовые точки: синтез, свойства, применение» (PDF)
Задания всех этапов профиля «Современные структуры и материалы» 2017
Хакатон по методам измерения люминесценци
Сборник 2016/17
Введение в теорию солнечных ячеек
Нанотехнологии и наносенсоры, часть 1
Физика кремниевых солнечных ячеек
Физика полупроводников
Изучение солнечных фотоэлектрических элементов
Сборник 2017/18
Сборник 2018/19
Renewable energy. Power for sustainable future
Практическая работа параметры солнечных элементов различных типов
Задания по планированию экспериментальной работы
Профиль разрабатывается и проводится командой ООО «СТЕМ-игры».
