.
Национальный информационный центр по науке и инновациям
05 декабря 2008

Центр конкурентных преимуществ
Исследования в области нанотехнологий стали возможны с появлением атомно-силового микроскопа (АСМ). Первый такой прибор в России разработал в конце 80-х годов профессор лаборатории сканирующей зондовой микроскопии физфака МГУ Владимир Панов. Теперь эта лаборатория входит в состав Центра коллективного пользования Московского государственного университета, и в ней стоит новенький АСМ зеленоградской компании NT-MDT.

Филипп Ермилов, STRF.ru

Современное научное оборудование — вещь дорогостоящая. Нередко это штучные изделия, поэтому даже самые простые из них могут стоить сотни тысяч долларов, а цена сложных измеряется миллионами. Обеспечить таким оборудованием все научные учреждения — удовольствие, недоступное даже развитым странам, не говоря уже о странах с развитым производством сырья. Чтобы доступ к дорогостоящему прибору могли получить учёные из разных научных учреждений, а сам прибор эксплуатировался без простоев, были придуманы центры коллективного пользования (ЦКП). Все национальные лаборатории США — это, по сути, ЦКП. В таких центрах вели свои работы 70 процентов американских нобелевских лауреатов.

В России сеть ЦКП только формируется. Один из крупнейших таких центров «Технологии получения новых наноструктурированных материалов их комплексное исследование» создан при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова и специализируется на изучении нанообъектов и развитии нанотехнологий. Важным направлением в исследованиях ЦКП является безопасность нанотехнологий и наноматериалов и изучение эффектов от их воздействия на организм.

Своим прародителем в ЦКП МГУ считают общефакультетскую лабораторию электронной микроскопии, учреждённую на биофаке ещё в 1964 году. Ею сначала пользовались кафедры биофака, затем к ним присоединились кафедры других факультетов МГУ, потом круг пользователей расширился за пределы университета. Один из руководителей Центра профессор Александр Рубцов вспоминает 90-е годы, когда о новом научном оборудовании учёным оставалось только мечтать: специалисты лаборатории электронной микроскопии своими силами переделали аналоговые электронные микроскопы 70-х годов в цифровые. Технология модернизации, к слову, была запатентована. Эти микроскопы до сих пор стоят в лаборатории, но уже как музейные экспонаты. На смену им пришли сканирующий аналитический электронный микроскоп JSM-6380LA, просвечивающий электронный микроскоп JEM-1011 и другие приборы.

В 2005 году Центр получил правительственный грант размером 160 миллионов рублей. В том же году, к юбилею МГУ, правительство выделило дополнительные средства на модернизацию материальной базы университета, часть этих денег досталась Центру: ректор МГУ академик Виктор Садовничий старался удовлетворять потребности ЦКП в первую очередь.

Как работает Центр коллективного пользования

ЦКП МГУ был создан на базе лабораторий трёх факультетов — физического, химического и факультета наук о материалах, позже в его состав вошли ещё и лаборатории биологического факультета. Каждое из четырёх подразделений Центра возглавляет директор от соответствующего факультета, таким образом, каждое из подразделений находится под началом специалиста, знающего специфику оборудования по «своему» направлению. Кроме того, исторически сложилось так, что Центр, являясь с юридической точки зрения единым, занимает помещения, разбросанные по всей территории университета, и четыре директора обеспечивают оперативное руководство удалёнными частями ЦКП.

Расположение Центра в МГУ создаёт особое преимущество для специалистов из других организаций: помимо самого современного оборудования, в университете есть высококлассные специалисты, умеющие на этом оборудовании работать. Если гость Центра не сможет «справиться» с прибором сам, ему помогут. Центр предоставляет пользователям свои мощности бесплатно. Долгосрочные исследования могут вестись на основании научного договора. Решения о допуске конкретных специалистов к работе на приборах, длительности и очерёдности работ принимаются коллегиально советами каждого из четырёх факультетов.

Преимуществом Центра коллективного пользования МГУ является то, что он предоставляет исследователям возможность не только работать на современном оборудовании, но и жить в университетском общежитии. По словам директора всего Центра, профессора Павла Кашкарова, «дома для гостей» с льготными расценками есть практически во всех ЦКП развитых стран, а в России это пока редкость. В ЦКП МГУ приезжают учёные из Санкт-Петербурга, Казани, Петрозаводска, Волгограда, Нижнего Новгорода, а также Франции, Германии, Польши и других стран.

Каждый год на оборудовании Центра выполняются несколько сотен научных проектов. Большинство из них ориентированы на дальнейшую коммерциализацию. Мы расскажем о трёх из них.

Кислород — это яд

Директор ЦКП МГУ профессор Павел Кашкаров рассказал о разработке технологии, позволяющей лечить онкологические заболевания с помощью активного (синглетного) кислорода.

Обычный (триплетный) кислород обладает уникальным среди всех химических элементов свойством: спины электронов у его атомов параллельны. Триплетный кислород химически пассивен и потому пригоден для дыхания: активный оксидант был бы ядом для организма человека. Тем не менее организм человека сам вырабатывает синглетный кислород: он разрушает и нейтрализует находящиеся в организме микробы и вирусы, а также способен уничтожать раковые клетки. Проблема заключается в том, что активизация кислорода в клетках требует сенсибилизатора, передающего молекуле кислорода энергию света. Такими сенсибилизаторами могут служить органические красители, применяемые для изготовления фотоэмульсий, но они выводятся из организма в течение двух недель и реагируют на природный свет. После сеанса такой терапии больной должен провести две недели в полной темноте.

Сенсибилизатор на основе наночастиц кремния, разработанный в ЦКП МГУ, безопаснее и эффективнее: сделав свою работу, наночастицы кремния окисляются ими же активированным кислородом и быстро выводятся из организма.

К настоящему моменту кремниевый сенсибилизатор прошёл испытания на животных.

Компьютер без электроники

Оптические (фотонные) кристаллы — ещё одно перспективное направление исследований, проводимых в Центре. Конечная цель — разработка фотонных чипов и технологий сверхскоростной передачи информации. В силу определённых свойств фотонные кристаллы способны реагировать на изменения световых импульсов длительностью, измеряемой в фемтосекундах (10–15 секунд).

Появление компьютера без электроники сотрудник лаборатории нанооптики и метаматериалов Татьяна Долгова называет делом отдалённой перспективы, но вполне реальным. В рамках проекта ЦКП «Фотонные кристаллы» физики лаборатории разрабатывают кристаллы из опала. Искусственный опал — это кристалл из наносфер, упакованных в напоминающую соты решётку. Этот минерал обладает удивительными структурными и оптическими свойствами: он по-разному преломляет, отражает или пропускает световые волны различной длины и за счёт этого меняет цвет. Опал способен реагировать на импульс, создаваемый несколькими квантами света. Компьютеры на фотонных чипах из искусственного опала могли бы обрабатывать информацию на петагерцовых (1015 герц) частотах.

Она может ловить самолёты

О некоторых разработках биологического сегмента ЦКП рассказал заместитель заведующего кафедрой биоинженерии профессор Константин Шайтан. В их числе искусственный паутинный материал, предназначенный для изготовления имплантатов и матриксов. Паутина — абсолютно биосовместимый и самый прочный из известных материалов. Природная паутина толщиной 200 нанометров ловит муху, а сеть толщиной в карандаш смогла бы удержать тяжёлый самолёт.

Кафедра биоинженерии совместно с ГНИИ генетики и Институтом трансплантологии искусственных органов работает над созданием прочных имплантатов и матриксов для пересадки клеточных культур, в том числе стволовых клеток. Материал искусственной паутины получают методом генной инженерии: в геном дрожжей вводится ген, ответственный за выработку паутинных белков. По предположению профессора Шайтана, образцы изделий из паутины могут появиться уже через пять лет.

Другая интересная разработка биофака — полимерные нанокапсулы с включёнными препаратами для лечения различных заболеваний, в том числе туберкулёза. Трудность лечения туберкулёза состоит в том, что защитные клетки организма — макрофаги, которые уничтожают попавшие в организм чужеродные объекты, — для палочек Коха служат инкубатором, внутри которого они прекрасно размножаются, и блокируют воздействие препаратов. Однако именно эта особенность делает палочку Коха неадаптированной к давно существующим антибиотикам. Нанокапсулы способны пробивать защиту макрофагов и делают эффективными такие антибиотики, как, например, стрептомицин. В медицинской практике он давно считается устаревшим и не используется, потому что большинство известных болезнетворных бактерий к нему адаптировалось.

В заключение

По словам директора ЦКП МГУ от биофака Александра Рубцова, создание Центра позволило факультетам МГУ приобрести оборудование, для покупки которого возможностей самих факультетов было бы недостаточно; с другой стороны ЦКП также пользуется ресурсами всего университета. В результате у МГУ появилась возможность ввести новые направления исследований, получать дополнительное финансирование. С появлением Центра выросла эффективность МГУ как научной организации. Только по результатам работы на двух упомянутых приборах сотрудники кафедры электронной микроскопии в 2005—2008 годах опубликовали 290 статей в научных журналах, из них 110 — в зарубежных изданиях. А исследовательская активность вуза способствует и росту качества образования.

Обсудить на форуме
researcher@