Тематические научно-образовательные центры вузов как опорные элементы образовательного сегмента российской нанотехнологической сети

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

Тематические научно-образовательные центры вузов как опорные элементы

^ V V

образовательного сегмента российской нанотехнологической сети

О. Ф. Вывенко,

д. ф.-м. н., профессор кафедры электроники твердого тела физического

факультета

И. А. Горлинский,

к. биол. н., профессор кафедры биофизики

Ю. В. Чижов, И. В. Рождественский,

к. ф.-м. н., зав. кафедрой к. ф.-м. н., советникпрорек-

фотоники физического тора по научной работе СПбГУ

факультета по управлению проектами

Санкт-Петербургский государственный университет

В статье предлагается концепция создания регионального образовательного сегмента национальной нанотехнологической сети на базе вузов Санкт-Петербурга, создающих в 2007-2008 годах научно-образовательные центры по направлению «Нанотехнологии». Подробно рассмотрен пример Санкт-Петербургского государственного университета по консолидации ресурсов национального проекта «Образование» и федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ на 2008-2010 гг.» для создания инновационных образовательных программ и ресурсных центров в области исследования наносистем. Обсуждается возможность расширения термина «региональный сегмент», с включением активной кооперации с научно-исследовательскими, образовательными и промышленными организациями Финляндии.

Введение

При всем многообразии определений нанотехнологии и нанонауки, большинство специалистов сходятся на том, что принципиальной особенностью этих отраслей знаний является междисциплинарность. Поэтому исследования наносистем требуют согласованных усилий ученых различных специальностей, что приводит к уникальным результатам в разных областях человеческой деятельности, от биомедицины до конструкционных материалов. Между тем, узкие научные специализации разделены информационными, терминологическими, а порой и организационными барьерами.

Университеты, в отличие от специализированных исследовательских институтов, являются мультидис-циплинарной средой повседневного научного общения, которая в большой мере способствует снятию барьеров между узкими специализациями. Поэтому они потенциально имеют возможности более быстрого продвижения в научных исследованиях в сфере нанотехнологий при условии организационного объединения различных научных направле-

In the article we discuss the concept of launching a regional educational segment of the national nanotechnology network based on the St.Petersburg universities which create in 2007-2008 the research and educational centers in nanotechnology. We describe in detail the experience of the St.Petersburg State University in consolidating resources of the National Project «Education» and the Federal Targeted Program of Development of the Nanoindustry Infrastructure in Russian Federation for designing and launching innovative educational programs and resource centers in the nanotechnology field. We suggest a broader meaning of the term «regional segment» by including active cooperation with the research, educational and industrial organizations of Finland.

ний и достаточного финансирования. Создание таких условий, в свою очередь, создает решающие предпосылки для формирования инновационной мультидисциплинарной образовательной среды, в том числе и для подготовки специалистов-нано-технологов нового поколения.

В 2006-2007 годах высшие учебные заведения Российской Федерации получили значительные средства на создание инновационных образовательных программ и развитие научно-образовательной инфраструктуры. В 2006 году 10 млрд руб. было выделено на финансирование 17 вузов, внедряющих инновационные образовательные программы, в рамках национального проекта «Образование». В 2007 году список вузов, получивших аналогичную субсидию, значительно увеличился.

В 2007 году в рамках внепрограммной части Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ на 2008-2010 гг.» по тематическому направлению «Развитие приборноинструментальной составляющей инфраструктуры наноиндустрии» 8 вузов страны получили значитель-

б

Фото 1:

а — учебно-научная рабочая станция нанолитографии 1540 XB CROSSBEAM («Carl Zeiss) служит для разработки физико-технологических принципов наноконструирования фотонных вентильных матриц и матриц фотонной памяти на основе эпитаксиальных полупроводниковых гетероструктур; б — результат действия ионного пучка на 5 мкм слой золота, нанесенного на стальной контакт

ные средства (около 130 млн руб. на вуз) на создание типовых научно-образовательных центров (НОЦ) по направлению «нанотехнологии». Этими вузами явились те из первых 17 вузов, которые внедряют инновационные образовательные программы, относящиеся к сфере нанонауки и нанотехнологий.

Следует признать, что это решение было абсолютно правильным, поскольку позволило вузам консолидировать материальные ресурсы из двух источников федерального финансирования на прорывном инновационном нанотехнологическом направлении.

Опыт Санкт-Петербургского государственного университета в консолидации ресурсов двух федеральных программ

Образовательная компонента. В 2006-2007 годах СПбГУ, при поддержке Министерства образования и науки РФ реализовывал проект «Инновационная образовательная среда в классическом университете» (общий бюджет проекта около 1,5 млрд руб.), что позволило создать и существенно модернизировать 28 образовательных программ. Ряд созданных и модернизированных программ, например «Нанобиология», «Химия, физика и механика материалов», «Молекулярная геохимия и биогеохимия», «Прикладные математика и физика», — имеют прямое отношение к нанонауке и включают в себя курсы и исследовательские проекты в области создания и исследования наносистем. Всего в СПбГУ в настоящий момент ре-

Фото 2. Учебно-научная лаборатория по нанотехнологиям на основе класса сканирующих зондовых микроскопов

ализуется 17 основных и дополнительных образовательных программ в сфере исследований наносистем.

Инфраструктура наноисследований. В рамках инновационного образовательного проекта приобретен значительный объем оборудования для научной и образовательной деятельности, в частности следующие аналитические исследовательские и технологические комплексы:

> 2 растровых электронных микроскопа с высоким и сверхвысоким разрешением (фирм «Карл Цейсс» и FEI);

> рабочая станция нанолитографии «1540 XB CROSSBEAM» («Карл Цейсс») (фото 1, а, б);

> учебный комплекс сканирующих туннельных микроскопов «Nanoeducator», (фото 2).

В дополнение к этому, на средства федеральной целевой программы, выделенные на создание учебно-научного центра по направлению «Нанотехнологии», приобретено оборудование для межфакультетс-кого центра «Нанодиагностика», включая:

> Ионный гелиевый микроскоп «ORION» с разрешением 0,5 нм, с усиленным контрастом по атомному номеру, с огромной глубиной резкости. Этот прибор является самой современной разработкой фирмы «Карл Цейсс», изготовлено всего 3 таких микроскопа, 2 поставлены в США, третий будет работать в СПбГУ (фото 3).

> Просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения Libra 200FE с разрешением 0,14 нм, снабженный криодержателем и системой трехмерной топографии для биообъектов.

> Многофункциональный аналитический растровый электронный микроскоп Supra 40 с разрешением 1,3 нм, с системами микроанализа, катодолюминесцентной спектроскопии и охлаждения образцов до гелиевых температур (фото 4).

> Комплекс оборудования и средств пробоподго-товки твердотельных наноструктур, биологических и мягких наноматериалов.

Важно отметить, что выбор оборудования отражает особенность СПбГУ как исследовательского университета, «сильного» в основном фундаментальной составляющей исследований. Приобретенный комплекс приборов центра «Нанодиагностика» дополняет суще-

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

Фото 3. Ионно-гелиевый микроскоп ORION «Карл Цейсс»

ствующее оборудование факультетов СПбГУ, составляя базу мультидисциплинарных и междисциплинарных фундаментальных исследований.

Проекты в области исследований наносистем. К настоящему времени завершилось формирование программы «Нанотехнологическая инициатива СПбГУ». В ее основе лежат около 80 научно-исследовательских проектов, сформированных семью факультетами. База данных проектов включает следующие основные темы (таблица).

Предложенные проекты находятся на разной стадии реализации, часть проектов осуществляется в сотрудничестве с более 100 партнерами-учреждени-ями в РФ и за рубежом, в них задействовано 65 рабочих групп и более 300 научных сотрудников и преподавателей университета.

Новый подход к организации научно-образовательной деятельности. Для координации работ в области подготовки высококвалифицированных кадров и развития фундаментальных и прикладных исследований

Основные темы базы данных проектов

Тема Кол-во проектов

Физико-химические нанотехнологии, основанные на атомно-молекулярной химической сборке и самосборке органических и неорганических веществ 19

Специализированное контрольно-диагностическое оборудование и высокоразрешающие методы контроля для проведения исследований свойств наночастиц, наноструктур и наноматериалов 14

Наноэлектронные компоненты для сверхинтегрирован-ных сверхмощных сверхскоростных систем генерации, хранения, передачи и обработки информации 13

Биомедицинские нанотехнологии для сверхлокальной наноизбирательной диагностики, терапии, хирургии и генной инженерии 9

Нанокомпозиционные и нанодисперсные материалы для высокоэффективной сепарации и избирательного катализа 8

Нанокомпозиционные материалы для генерации, преобразования и хранения энергии 5

Нанокомпозиционные материалы с особой устойчивостью к экстремальным факторам для термически-, химически- и радиационно-стойких конструкций 5

Нанокомпозиционные материалы, обладающие «интеллектуальными» свойствами, включая адаптивность, ассоциативность, память 3

Фото 4. Многофункциональный аналитический растровый электронный микроскоп «Карл Цейс» Supra 40 (разрешение 1 нм). Микроанализ, охлаждение до гелиевых температур, Катодолюминесцентная спектроскопия

по направлению нанотехнологий, проводимых на различных факультетах, был создан научно-методический совет по нанонаукам из представителей 7 факультетов университета — физического, химического, биолого-почвенного, медицинского, математикомеханического, прикладной математики и процессов управления, а также геологического.

Общий стратегический подход к роли НОЦ СПбГУ заключается в том, что создание НОЦ СПбГУ рассматривается руководством СПбГУ как системообразующий координирующий центр распределенной мульти-дисциплинарной системы учебно-научной деятельности в области нанотехнологий, которая включает:

> Развитие комплексных междисциплинарных исследований и разработок.

> Создание системы опережающей подготовки кадров для наноиндустрии.

> Создание международно признанной инфраструктуры.

> Привлечение негосударственного финансирования.

> Создание системы коммерциализации результатов. В планах развития концепции программы «Нанотехнологическая инициатива СПбГУ» предполагается создание к 2010 году на основе созданного НОЦ Мультидисциплинарного центра превосходства в области исследования наносистем. Задачами проекта центра являются:

> Консолидация существующей инфраструктуры исследований наносистем.

> Консолидация научно-исследовательских проектов СПбГУ в области исследований наносистем.

> Консолидация существующих и создание новых образовательных программ в области исследования наносистем.

> Организация эффективной системы целевого грантового финансирования научных и образовательных проектов.

> Расширение партнерских отношений с мировыми научными коллективами с целью создания аналогичных или комплиментарных исследовательских центров.

> Инициация и реализация совместных международных исследований в области химических, физических и биологических наносистем, в приложении к созданию новых нанотехнологий, разви-

тию нанодиагностики и созданию новейших наноматериалов.

Разработка и внедрение международных совместных образовательных программ в области исследования наносистем.

Развитие системы партнерств с производителями профильного научно-исследовательского оборудования для совместной деятельности в области метрологии наноизмерений.

Реализация проекта центра в 2007-2008 гг. году уже привела к значительным достижениям в области инфраструктуры и организации образовательной и научно-исследовательской деятельности, активизировала интерес к использованию оборудования как внутри СПбГУ, так и вне него включая зарубежные исследовательские и предприятия малого и среднего бизнеса.

Вывод. Опыт СПбГУ показал, что модель муль-тидисциплинарного научно-образовательного центра позволяет консолидировать научно-образовательный потенциал различных факультетов университета для создания современной и эффективной среды качественного образования в области нанонауки и нанотехнологий.

Немного стратегии

Масштабные федеральные инвестиции в развитие нанотехнологического образования и нанонауки на первом шаге уже привели к существенному улучшению университетской инфраструктуры. Однако дальнейшее развитие невозможно без консолидации ресурсов различных вузов с помощью развития партнерств и сетевых взаимодействий как между собой, так и с производственными организациями и научными учреждениями системы РАН. Как уже отмечалось, нанотехнологическая наука по природе своей междисциплинарна. В то же время сочетание всех необходимых квалификаций — как научных, так и преподавательских — для подготовки специалистов-нанотехнологов в одном, даже очень крупном вузе не представляется возможным.

16 мая 2008 года в Санкт-Петербургском государственном университете, в рамках II Международного форума «От науки к бизнесу» состоялся круглый стол под названием: «Научно-образовательный сегмент российской нанотехнологической сети». В работе круглого стола приняли участие представители вузов Санкт-Петербурга, участвующих в программе создания типовых учебно-научных центров по направлению «Нанотехнологии» — СПбГУ, СПбГУ «ИТМО», СПбГТУ, СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и Горного института. Участники круглого стола обсудили концепцию создания регионального образовательного сегмента национальной нанотехнологической сети, подробно рассмотрели организационные вопросы создания эффективных образовательных программ в области нанотехнологий, а также основные области компетенции каждого вуза в этой сфере. В процессе обсуждения выяснилось, что усилия различных вузов дополняют друг друга, что создает основу для партнерства в области создания совместных межвузовских образовательных программ, совместных научно-исследовательских

проектов, совместного использования инфраструктуры исследований. Участники круглого стола договорились о создании рабочей группы из представителей санкт-петербургских вузов-участников федеральной целевой программы для разработки концепции регионального научно-образовательного сегмента национальной нанотехнологической сети и о регулярных встречах на базе различных вузов-участников.

Однако региональные партнерства в области нанотехнологий не обязательно должны ограничиваться российскими участниками. В соседней Финляндии уже много лет действует программа FinNano, финансируемая государственным фондом TEKES. За годы действия этой программы возникли нанотехнологические кластеры в Оулу, Ювяскиля, Миккели и других городах Финляндии. Успешно развивается финская наноиндустрия, что является гарантией спроса на кадры и научные разработки в сфере нанотехнологий. В апреле 2008 года делегация СПбГУ в рамках проекта TACIS 2007/135-518 приняла участие в семинаре NMP Finland — Nanotechnology, Materials and new Production, подводящем промежуточные итоги реализации программы FinNano. На этом семинаре ведущие представители финской нанонауки и наноиндустрии проявили значительный интерес к докладам российских участников — главы экспертного совета корпорации Роснанотех, проф. С. В. Калюжного и представителя СПбГУ. В своем выступлении проф. С. В. Калюжный, в частности, сказал, что корпорация Роснанотех может рассматривать возможность инвестирования в финские нанотехнологические компании и проекты.

В результате участия в семинаре NMP, а также посещения нанотехнологических компаний в районе Espoo, в Миккели и Ювяскиля, завязались партнерские отношения между учеными СПбГУ и финскими университетами и компаниями, работающими в сфере нанотехнологий. Впоследствии представители крупнейшей контрактной исследовательской организации Финляндии VTT (годовой оборот более 230 млн евро) посетили круглый стол в СПбГУ и обсудили возможности партнерских отношений с представителями вузов Санкт-Петербурга. Таким образом, можно сказать, что сотрудничество с Финляндией в области нанотехнологий развивается в 2008 году достаточно активно. Значительно активизировались и контакты между исследовательскими лабораториями двух стран по линии конкретных научноисследовательских проектов.

Вывод: объединение новой современной научной инфраструктуры и человеческого потенциала Северо-Запада России с развитой инновационнопроизводственной инфраструктурой Финляндии в области нанотехнологий позволит достичь значительного синергетического эффекта как на региональном уровне, так и в масштабе российской национальной нанотехнологической сети. Совместные межвузовские и трансграничные образовательные программы, научно-исследовательские и инновационно-внедренческие проекты дадут добавочный импульс развитию российской наноиндустрии и послужат делу интеграции российской науки и образования в мировой инновационный процесс.

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008