Сделать модель кровеносной системы и мемристор «круче, чем у Илона Маска»: итоги зимней школы SCAMT Workshop Week

Два раза в год, летом и зимой, студенты-биологи, физики, химики, программисты собираются в Международном научном центре SCAMT Университета ИТМО, чтобы стать участниками междисциплинарного воркшопа SCAMT Workshop Week. В этом году на площадке проекта собрался 41 участник из разных городов России — от Владивостока до Калининграда и от Краснодара до Петербурга.

SCAMT Workshop Week — это новый формат недельных воркшопов, который позволяет юным ученым со всей страны попробовать свои силы в работе на новейшем оборудовании над актуальными научными проблемами. В конце прошлого года проект вошел в шорт-лист премии QS Reimagine Education.

«Все участники школы делятся на группы от 3 до 6 человек, каждая группа занимается своим научным проектом, их у нас в этом году было десять, — рассказывает директор по развитию SCAMT Полина Хапаева. — За неделю работы они получают не только теоретические знания, но и, самое главное, конкретный практический результат: нанофармацевтический препарат, модель кровеносной системы и так далее. В качестве проектов мы даем те технологии, которые сейчас реализуются в SCAMT. Конечно, в первую очередь это учебные проекты, чтобы ребята могли узнать, какие есть современные нанотехнологии, как создается готовый продукт. Однако в рамках такой школы может родиться и новая идея, которую ребята потом могут продолжить реализовывать в своих вузах, в коллаборации с нами, или же поступив в нашу магистратуру. У нас уже есть случаи, когда на нашем воркшопе рождалась идея, ее автор поступал к нам, и сейчас эта идея стала основой его магистерского проекта»    

Помимо строго научной работы в этот раз программа включает и развернутую развлекательную часть. Так, в первый день воркшопа состоялся научный квиз, который позволил слушателям лучше узнать друг друга перед началом совместной работы. Также гости Петербурга смогли поучаствовать в мини-туре по городу. Наконец, ребят ждал день открытых дверей в виде квеста: проходя маршрут, слушатели смогли лучше узнать о каждой из 110 исследовательских и 1 индустриальной лаборатории центра SCAMT.

Желающих принять участие в воркшопе отбирали по мотивационным письмам и CV, которые они подавали на сайте проекта. При этом лучшие студенты смогут претендовать на поступление в магистратуру Университета ИТМО без дополнительных экзаменов.

ITMO.NEWS поговорил с участниками школы об их проектах и о том, чем запомнится этот опыт.   

Аделия Касимова, студентка Удмуртского государственного университета (Ижевск)

Я учусь на химическом факультете, на четвертом курсе. Воркшоп SCAMT привлек меня очень необычной атмосферой, интересной системой обучения, мне нравится, что тут много практической работы, захотелось попробовать. Сюда в прошлом году ездила девочка из нашего университета, она дала очень положительный отзыв. Кроме того, ИТМО предоставляет возможность поступления в упрощенном порядке в магистратуру [по итогам SCAMT Workshop Week].

Проект, в который меня взяли, называется «Создай мемристор круче, чем у Илона Маска». Мы создаем устройство, которое запоминает сопротивление в зависимости от поданного тока. При помощи этого можно создавать код для передачи данных, что в будущем можно использовать для квантовых компьютеров, ведь сейчас в 60% случаев прогресс тормозится тем, что техника слишком медленно работает, слишком медленно передаются данные.

Почти все методы, которые мы использовали в ходе воркшопа, для меня были новыми. Мемристор — это такой «бутерброд» из проводящего материала, изолирующего слоя и еще одного проводящего слоя. Чтобы создать проводящий слой, мы использовали метод фотолитографии — это процесс получения на подложке какого-то рисунка. Вы наносите полимер, закрываете трафаретом, просвечиваете ультрафиолетом, потом вытравливаете незасвеченные участки, чтобы получить нужный рисунок. Потом мы покрыли этот рисунок диоксид-титановыми чернилами, а далее нанесли серебряное покрытие в качестве второго электрода.

Сложно описать эмоции в тот момент, когда оно заработало. Очень классно смотреть, как то, над чем ты работал столько дней, наконец действует.

Анна Пожиткова, студентка Университета ИТМО

Я учусь сейчас на фотонике, но думаю над тем, чтобы продолжить обучение в химико-биологическом кластере, поэтому решила принять участие в воркшопе. Здесь я вошла в команду проекта «Синтезируй нанофармацевтический препарат». Мы создаем два тромболитика: на основе магнетита и на основе карбоната кальция. Мы синтезируем их, смешивая различные материалы. В результате получаются наноразмерные шарики препарата.

Чтобы лучше погрузиться в тему, мы побывали на настоящей операции в Мариинской больнице, увидели, как удаляют тромб. Для нашей группы это был первый такой опыт, одна девочка чуть не упала в обморок. Но впечатления просто потрясающие, выходишь с пониманием того, что надо разрабатывать неинвазивные методы борьбы с тромбами, чтобы не нужно было копаться в человеке, чтобы снизить необходимость в хирургических операциях.

Алина Грибанова, студентка Воронежского государственного университета 

Я подала заявку на воркшоп, потому что хотела попробовать что-то новое, узнать, как работают в лабораториях других университетов, кроме того, узнала, что есть возможность поступления в Университет ИТМО, мне кажется, это возможность для самореализации. Я знаю много людей, которые занимаются наукой просто потому, что не знают, что им еще делать. Мне бы хотелось найти что-то такое в науке, что будет меня цеплять и двигать всю мою жизнь.

Я работаю в группе «Создай модель кровеносной системы». Это высокая цель — создать модель, которая будет давать адекватные данные, чтобы заменить испытания на животных. Мы создали две модели: первая с использованием листьев растений, петрушки и шпината. У растений есть система прожилок, по которым поступают минеральные вещества, эта система напоминает кровеносную систему у животных и людей. В перспективе наша цель — научиться закупоривать сосуд, а потом его раскупоривать.

Вторая модель, которую мы отрабатываем, — это 3D печать из живых клеток. Можно распечатать модель сосуда из живых клеток на 3D-принтере за 500 долларов. Таким образом можно получить устойчивую систему, пригодную для тестирования лекарств. 

Иван Калинин, студент Московского государственного университета

О SCAMT мне рассказывали многие знакомые, говорили, что это место, где работает много интересных, умных людей. Поэтому мне захотелось познакомиться с ними, поучаствовать в каком-то новом для меня проекте, а заодно попробовать что-то новое в науке.

Мы работаем в группе «Вырасти свой кристалл», занимаемся синтезом металлорганических каркасов. Это очень перспективные материалы, которые нашли применение в различных областях науки и техники: это и контролируемая доставка лекарств, и оптика, и сорбция газов.

В синтезе мы используем разные методы, например, сольвотермальный, когда мы загружаем в автоклав необходимые реагенты, и кристаллы получаются под действием температуры и давления, или метод медленной диффузии, когда за счет уменьшения давления из капилляра всасывается жидкость, происходит смешивание двух жидкостей и образуются кристаллы.

Наша задача — посмотреть, какой метод лучше, какие условия можно изменить, как оптимизировать получение кристаллов.  От всего воркшопа крайне хорошее впечатление, много интересных людей, которые работают на передовой науки.

Илья Мазеин, студент Санкт-Петербургского государственного университета

Я учусь на факультете прикладной математики, увидел анонс этой зимней школы «ВКонтакте», мне показалось, что это интересная штука, Университет ИТМО — известный вуз, поэтому захотелось узнать, что здесь происходит.

Я участвую в проекте по предсказанию механизма химической реакции. По сути, у нас команда состоит из двух информатиков и двух химиков. Химики нам рассказывают о реагентах, о продуктах [реакции], о типах реакции, процессе их протекания. Потом мы пишем код, в который забиваются все изначальные вещества [используемые для реакции], применяем все возможные типы реакции, возможные деревья путей протекания реакции, а потом сравниваем конечный лист с продуктами реакции и выбираем наиболее вероятный путь протекания реакции.

   

Понимать все это полезно, потому что не всегда понятно, что происходит на промежуточных этапах — мы знаем, что есть в начале и что есть в конце, а в промежутке далеко не всегда это можно просто определить. А это важно, когда мы понимаем, что происходит, мы можем гораздо больше делать с реакцией, осуществлять промежуточные вмешательства, лучше контролировать реакции.

Это было очень интересно, ведь химия — довольно далекий [для меня] предмет, мне понравилось смотреть, как она взаимодействует с информатикой, а также глубже понимать химию.

Даниил Шушунин, студент Ивановского государственного университета

О воркшопе мне рассказал научный руководитель в нашем университете. Я увидел проект, посвященный углеродным наноконструкторам — мы у себя часто говорили об углеродных трубках, и я решил, почему бы и нет.

В своем проекте мы из газовой фазы осаждаем углерод. Мы делаем разные растворы: используем перекись водорода или не используем, прогоняем образцы пропаном или не прогоняем. Потом мы сравниваем, что происходит с образцами.

После этого мы смотрим с помощью электронной микроскопии, что у нас получилось, как нановолокна нарастают на углеродной подложке, используем углеродные свойства наноконструкторов как биосенсоров.  

Больше всего мне запомнилась электронная микроскопия, я о ней достаточно много слышал в своем университете, но у нас ее нет, а тут это действительно увеличение до 500 нанометров, ты видишь крошечные молекулы — это здорово, будет о чем рассказать в университете.

Анастасия Царева, студентка Удмуртского государственного университета

В прошлом году сюда ездила моя подруга, сказала, что ей очень понравилось, здесь есть возможность поработать на оборудовании, которого у нас нет, попробовать себя в новых проектах, познакомиться с новыми людьми. 

В своем проекте мы собираем натуральный шелк паука и синтезируем его с частицами магнетита, оксида гафния, редкоземельных элементов. Мы делаем это, чтобы получить светящиеся волокна паутины. Ею можно покрывать импланты, поскольку под определенным излучением этот материал начинает светиться.  

В группе у нас три девочки, и мы очень боимся пауков — нам приходилось работать с пауками, мы доставали их из домиков, кормили, собирали руками паутину. Сами понимаете, какой это стресс, но нам очень понравилось. Здесь работают потрясающие ребята, очень дружелюбные, крутая атмосфера.

Анастасия Егораева, студентка Дальневосточного федерального университета

Я учусь во Владивостоке и долго думала о магистратуре в Петербурге и Москве. Тут я увидела, что Университет ИТМО проводит школу в SCAMT, и меня это заинтересовало. Мы собираем так называемых ДНК-нанороботов. Сначала мы делали ДНК-кубы, которые доставляют лекарство в клетку, проникая в нее с помощью холестерина.

Также из отдельных ДНК-цепей мы собирали специальную ДНК-наномашину, которая находит последовательность какого-то патогена или белка, который нужен клетке, с которым клетка специфически связана. Наномашина развязывает [эту связь] — тем самым мы можем лечить рак.

Мне было интересно все, что мы делали на проекте — много работы руками, а я люблю работать руками, мы делали различные расчеты, раскапывали нужные вещества, ставили электрофорез, агарозный гель электрофорез, полиакриамидный гель электрофорез. Понравились различные лекции, которые мы слушали.  

Ирина Таманян, студентка Университета ИТМО

Я учусь на факультете пищевых биотехнологий и инженерии Университета ИТМО, я хотела бы двигаться в своей научной работе, получать больше знаний, поэтому меня и заинтересовала школа, хотя это не совсем мой профиль.

В нашей группе мы работаем над проектом, который подразумевает выработку за счет активности микробного сообщества достаточного количества электроэнергии, чтобы зажечь лампочку. По данным из литературы мы подбираем определенные штаммы бактерий, создаем для них питательную среду, чтобы они размножались, подключаем к ним графитовые электроды, чтобы отследить, сколько они производят электричества. Затем мы добавляем в среду наночастицы диоксида титана, диоксида цинка, магнетита. Эти частицы убивают бактерии, их нужно добавить совсем немного, чтобы не убить все микробное сообщество, но чтобы бактерии «поняли» опасность и стали активнее размножаться, вырабатывая больше энергии.  

Мне запомнилось то, как мы работали в специальных стерильных шкафах, важно было следить за тем, чтобы все было стерильно. Также запомнилось, что нам не давали методику, мы сами искали штаммы бактерий, наночастицы, их размер. Это очень творческий подход к заданиям. 

Софья Плегунова, студентка Сибирского государственного индустриального университета

Я рассматриваю возможность поступления в Университет ИТМО в магистратуру. О зимней школе мне рассказал научный руководитель, и я подала заявку. Честно, не думала, что пройду, но потом пришло письмо, что я прошла, это была большая радость.

Мой проект посвящен созданию микрофлюидного чипа — мы создаем формы из пластика, делаем в них канальцы, заливаем полидиметилсилоксан, вещество наподобие мягкого пластика, который напоминает по консистенции желе. По этим канальцам может идти жидкость, которая может смешиваться с разными реагентами, таким образом можно проводить анализ крови.  

Сейчас, чтобы провести анализ крови, нужно взять кровь, отвезти в лабораторию, прогнать там на центрифуге, разлить по пробиркам, добавить разные реагенты. С помощью чипа можно сделать общий анализ крови здесь и сейчас, как анализ на сахар. Самым интересным моментом было, когда мы загоняли жидкость и под ультрафиолетом смотрели, как она бежала по канальцам. Это было вдвойне интересно, поскольку в первый раз у нас не получилось, мы боялись, что со второго раза тоже не выйдет. Когда все получилось, эмоции зашкаливали, неохота было уходить из лаборатории, хотелось дальше работать.

Официальными партнерами SCAMT Workshop Week выступили компании BIOCAD, MERCK, «Додо Пицца» и некоммерческая молодежная организация AEGEE.