В России каждый день тысячи исследователей работают над новыми открытиями. Но многие из них, особенно в регионах, проходят «под радарами» — про них редко пишут в научно-популярных медиа, еще реже — сами ученые объясняют, чем они занимаются и для чего это нужно. «Хайтек» поговорил с пятью якутскими исследователями из НОЦ «Север» об их открытиях — от медицинских до промышленных — и попросил рассказать, как они изменят нашу жизнь.
Производство гелия для космоса и медицины
Марина Соколова, директор Института проблем нефти и газа Сибирского отделения РАН
Гелий — уникальное сырье, которое в коммерческих объемах есть только в природном газе. Спрос на него только растет из-за того, что он нужен в космических программах, криогенных технологиях, медицине (МРТ-исследованиях, гелиево-кислородных смесях) и для увеличения мирового производства сверхпроводников для электроники.
Крупнейшие запасы гелия в мире — в России, но по производству страна не входит даже в тройку, это примерно 2,5-3% мирового рынка. Промышленное производство гелия в России ведут только на Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении, где содержание гелия с каждым годом истощается и уже составляет 0,045%.
В Республике Саха (Якутия) есть 22 нефтегазоконденсатных месторождения, содержащих гелий. Сейчас в регионе природный газ добывают, не выделяя гелий как отдельный продукт. Если не создать систему его сбора, транспортировки и хранения, то в течение 20 лет потери гелия достигнут 1 млрд м3.
Мы запустили проект по разработке технологий извлечения гелия и сбора гелиевого концентрата на местах добычи нефти и газа с системой продуктопроводов и хранилищ. Новые гелиевые проекты помогут России занять лидирующую нишу на глобальном рынке. Такая система облегчит сбор, транспортировку и хранение гелия, она улучшит якутскую инфраструктуру — трубопроводный транспорт, дороги, сети энергоснабжения.
Графеновая ткань и умная одежда
Захар Евсеев, научный сотрудник Северо-Восточного федерального университета
— Мы в лаборатории «Графеновые нанотехнологии» СВФУ больше 10 лет занимаемся синтезом и применением графеновых и графеноподобных материалов. Одно из недавних направлений — графеновая ткань, или электронный текстиль. Мы начали разрабатывать его после знакомства со схожими работами из Графенового института (Манчестер) в соавторстве с лауреатом Нобелевской премии Константином Новоселовым.
Электронный текстиль, а в нашем случае графеновый текстиль — это наноматериал, нанесенный на обычную ткань. В зависимости от типа и состава наноматериала ткань может приобретать разные свойства. Например, графеновая ткань становится прочнее, приобретает электропроводящие свойства, обладает защитой от УФ-лучей, проявляет антимикробные свойства, становится более огнеупорной. Но самое главное, на основе такой ткани можно создавать другие электронные устройства. Когда живешь на Крайнем Севере, — сам ощущаешь, насколько важна правильная одежда не только для комфорта, но и безопасности.
В последние 10 лет появились датчики и приборы на основе графена. Все эти устройства можно внедрить в одежду, создавая умные устройства. Так появилась одежда со встроенным графеновым аккумулятором, питающимся от солнечных элементов на основе двухмерных материалов. В них же есть датчики температуры, пульса и дыхания.
Конечно, есть много требований к характеристикам таких покрытий и нерешенных проблем. Например, устойчивость графеновых покрытий к стирке и механическим нагрузкам. Мы решили эту проблему и добились хороших результатов — применили химическую модификацию графеновых материалов. Теперь проводимость наших покрытий выше в два раза, а устойчивость к стирке — в 50 раз выше, чем у зарубежных аналогов.
Мы сможем делать устройства для ввода информации, встроенные в одежду, средства мониторинга жизнедеятельности для спецодежды, медицинской диагностики и терапии, встроенный обогрев для зимней одежды, спортивного мониторинга. Графен не вредит окружающей среде и организму, не теряет эластичность и паропроницаемость.
Пока технологии электронного текстиля находятся на зачаточном уровне. Но первые продукты уже есть на рынке — например, можно купить куртки Xiaomi со встроенным обогревом на углеродных нанотрубках.
Быстрое заживление ожогов и травм
Нина Тимофеева, ведущий инженер лаборатории «Технологии полимерных нанокомпозитов» Северо-Восточного федерального университета
— Мы занимаемся разработкой биокомпозитных медицинских изделий. В их основе лежит полилактид — биоразлагаемый, биосовместимый и термопластичный полимер молочной кислоты. Он полностью разлагается примерно за 6–18 месяцев, это зависит от химического состава и формы.
Разрабатываем матрицы для дермальных эквивалентов на основе полилактида. Дермальный эквивалент — это заменитель кожи, мы применяем полилактид в качестве подложки (каркаса, скаффолда) для фибробластов. Дермальные эквиваленты применяют для заживления травм, например, ожоговых ран. В отличие от аналогов матриц для дермальных эквивалентов, полилактид — недорогой материал, от него не бывает аллергии и его не нужно повторно наносить на рану, это помогает заживлять раны без рубцов и шрамов. Самый распространенный аналог — дермальный эквивалент на основе коллагена, он может вызвать аллергическую реакцию и отторжение, после чего его нужно удалять и наносить повторно. Это травмирует кожу и оставляет рубцы.
Мы перерабатываем полидактид в нашей лаборатории с помощью экструзии и 3D-печати. Методом экструзии получаем гибкие пленки, которые можно разрезать ножницами. Уже провели обширные физико-механические, химические и биомедицинские исследования образцов для установления оптимальных характеристик дермальных эквивалентов.
Вакцина против рака
Айталина Гольдерова, главный научный сотрудник, руководитель, профессор кафедры общественного здоровья и здравоохранения, общей гигиены и биоэтики Северо-Восточного федерального университета
— Индивидуализированная (аутологичная) вакцина против рака основана на иммунных клетках пациента и раковых клетках, которые получают из опухоли или установленных линий раковых клеток человека. Традиционные методы лечения: хирургия, химио- и лучевая терапия, — не всегда эффективны на поздних стадиях и вызывают побочные эффекты. А иммунотерапия направлена против борьбы с опухолью, она минимально воздействует на здоровые ткани и клетки.
Если упрощать, мы в чашке Петри «обучаем» дендритные клетки (клетки иммунной системы, которые умеют указывать Т-клеткам их «врагов» — ред.) раковыми антигенами, а затем возвращаем обученные клетки в организм, активируя Т-клетки, основная функция которых — уничтожение раковых клеток. В мире сейчас проводится больше 200 клинических испытаний в разных фазах с использованием ДК для лечения меланомы, рака почки, множественной миеломы, рака предстательной железы, толстой кишки, молочной железы, глиобластомы, рака легкого, лимфомы, рак пищевода, саркомы, рассеянного склероза, вирусного гепатита, ВИЧ-инфекции. По данным НМИЦ онкологии имени Н. Петрова, клинически значимый противоопухолевый эффект наблюдался у 46,2% больных.
Мы уже внедрили метод приготовления дендритно-клеточной вакцины, получили данные фенотипов дендритных клеток на проточном цитофлуориметре (системы анализа частиц (как правило, клеток) в потоке жидкости — ред.), указывающие на дифференцировочные маркеры созревания и активации дендритных клеток. Наш объект исследования — венозная кровь онкобольных пациентов. Хотим оценить особенности созревания и активации дендритных клеток в зависимости от подтипа рака молочной железы.
Надеемся, что этот метод внедрят в клиническую практику. Цель нашего проекта — разработать и оптимизировать противоопухолевую вакцину на основе аутологичных дендритных клеток у больных раком молочной железы.
Очень прочный бетон
Александр Попов, заместитель директора инженерно-технического института Северо-Восточного федерального университета по научной работе
— Мой проект — разработка бетона повышенной долговечности на основе якутского сырья. Идея родилась, когда я осознал, что условия производства и эксплуатации строительных материалов в Якутии сильно отличаются от центральных регионов. Под наши условия (климат Якутии резко-континентальный, с продолжительной суровой малоснежной зимой и коротким летом. Средняя температура января — около –40 °C, а иногда –60 °C — ред.) эти материалы никто не адаптировал — причем это не только технологическая задача, иначе ее быстро решили бы профильные специалисты.
Для развития отрасли строительных материалов в Якутии требуется решение фундаментальных задач по определению оптимального сырья и его активации для компонентов бетонов. Сейчас для получения высокопрочных бетонов мы применяем привозные компоненты, поэтому строительство дорогое.
Суть разработки — сделать технологии активации природного сырья, а потом применять их в бетоне. Например, у природных цеолитов Якутии (минерал осадочно-вулканического происхождения — ред.) есть большой потенциал как активной минеральной добавки в цемент, но не в исходном виде. Для этого нужна модификация — специальные условия термообработки. Это позволит улучшить кислотно-основные реакции в цементах при добавки такого цеолита.
Эта работа поможет в развитии строительной отрасли в Якутии, но может повлиять и на эту сферу в целом. Она расширит сырьевую базу для строительства — возможно, в будущем каждый регион и субрегион будет сам производить материалы для своих нужд.
Читать далее:
Скоро на Землю обрушится магнитная буря
Раскрыт истинный смысл мумификации: все это время ученые ошибались