Интеллектуальные материалы: ростовские журналисты посетили лаборатории ЮФУ
Ростовские журналисты в День российской науки посетили лаборатории Южного федерального университета. Как с помощью крыс узнать об онкозаболевании у человека, как из птичьего помета сделать дорогостоящее удобрение, что зарубежные ученые заказывают у российских и многое другое узнала наш корреспондент.
Мозг - компьютер
В центре нейротехнологий ЮФУ нас встречает ведущий научный сотрудник Пётр Косенко. Он показывает прибор – биогрибридную систему, которая помогает распознавать различные запахи в воздухе и других сферах. Исследования учёные проводят на крысах: животные помещаются в установку, туда через трубочку подаются различные газы, и определённые участки мозга крысы начинают на них реагировать.
- Мы пытаемся разработать систему, которая была бы полезна людям. Например, есть грязная вода, в ней содержится бензол. Можно пропустить эту воду через хроматограф и через пару дней получить анализ. С помощью нашей же системы можно получить результат через три секунды, - говорит Пётр Косенко.
Центр сотрудничает с ростовским научно-исследовательским онкологическим институтом в области мониторинга онкозаболеваний. По словам Петра Косенко, в газово-воздушной смеси крысы распознают метаболиты, присутствующие в воздухе, который выдыхает больной. Учёный отметил, что таких установок в России нет.
Прежде чем журналисты заходят в помещение, где находится единственный на Юге России лазерный сканирующий микроскоп, их предупреждают, что этот прибор капризный - он очень чувствителен к перепаду температур, даже минимальному. Поэтому в помещении выдерживается всегда одна температура, ее колебания возможны в пределах одного градуса. Кроме того, он расположен на виброизоляционном столе, который гасит все вибрации. А все потому, что он оснащённый мультифотонным лазером, у которого очень высокая чувствительность сканирования объектов.
Микроскоп позволяет исследовать ткани живых организмов.
- Функционал прибора широк, в частности, можно получать изображения плоскостей, расположенных на некоторой глубине в толще окрашенного флуоресцентным красителем образца. Эти изображения можно затем сопоставить и получить трёхмерную модель, - рассказывает младший научный сотрудник научно-технологического центра биотехнологии ЮФУ Валерия Семынина.
С помощью прибора ученые изучают, в том числе, как мозг крыс реагирует на запахи. По словам Валерии, такие исследования помогут в дальнейшем более глубоко изучить и человеческий мозг.
С заботой об окружающей среде
В Академии биологии и биотехнологии ЮФУ журналистам рассказывают об исследованиях почв и как их сохранить. В частности, какие вредные вещества в какой местности Ростовской области попадают в почву и какова их концентрация.
- Важно контролировать содержание вредных веществ в почве, чтобы своевременно принять меры. Это делается в хромотографической лаборатории. На жидкостном хроматографе определяется содержание полиароматических углеводородов (вещества, которые выделяются при некачественном сгорании органического сырья – угля, газа, бензина. – Прим. /=РО=/) в почве, растениях и других объектах окружающей среды, - говорит ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории мониторинга биосферы АБиБ ЮФУ Саглара Манджиева.
Прибор определяет вредные вещества через ультрафиолетовое излучение, через детектор. Сначала пробу растения или почвы омыляют в щелочи, чтобы убрать лишние компоненты, затем помещают в специальный растворитель. На экране компьютера можно увидеть, какие вещества содержатся в образце.
- Прибор может одновременно определить 13 полиароматических веществ, которые содержатся в том или ином образце. Но в будущем мы стремимся к тому, чтобы обнаруживать 16 самых опасных полиароматиков, - говорит старший научный сотрудник лаборатории мониторинга биосферы Елена Антоненко.
Она отметила, что образцы для исследований отбирают как минимум в трех объектах, которые изучаются несколько лет: в районе Новочеркасской ГРЭС, Таганрогского залива и Атаманского озера в Каменском районе.
В Академии биологии и биотехнологии есть просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп. Он настолько мощный, что может рассматривать клетки и даже их компоненты. Почвоведы с его помощью изучают клетки растений, выросших на загрязненных почвах, и пытаются выявить, как они приспосабливаются к загрязнениям и как распределяется металлы, которые поступают в них.
- Мы выявили, что они могут их накапливать в межклеточных пространствах, стенках, не пропуская их к жизненно важным центрам клеток. Больше всего вредных веществ аккумулируется в корнях, стеблях, меньше всего в генеративных областях растений. Есть растения, например, ячмень, которые почти не накапливают вредные вещества в надземной части, поэтому она получается более чистой, - рассказала Саглара Манджиева.
Она отметила, что такие исследования помогают понять, какие растения можно посадить в загрязненной почве и в то же время получить здоровую продукцию.
О том, как обезопасить почву от одних из самых распространённых в Ростовской области токсичных отходов сельского хозяйства – птичьего помета, а заодно решить проблему дороговизны гуминового удобрения, журналистам рассказал научный сотрудник лаборатории мониторинга биосферы Виктор Чаплыгин.
- Мы разработали технологию по переработке птичьего помета в гуминовое удобрение и решили проблему, как сухой остаток обеззаразить и сделать его неопасным для окружающей среды. Мы создали установку объемом 20 литров, в которой получается восемь килограммов сухого остатка и несколько литров концентрированного гуминового удобрения. Кстати, это удобрение - очень дорогое, но при данной технологии оно имеет низкую себестоимость, так как используются не дорогостоящие химикаты, а воды, - рассказал ученый.
Кроме того, полученная сухая масса может быть использована как органическое удобрение вроде навоза.
Он отметил, что существует договор с «Птицефабрикой Таганрогской», которая заинтересована в этих разработках, так как она производит около 90 тонн птичьего помета в сутки и, естественно, платит большие штрафы за загрязнение окружающей среды.
Институт интеллектуальных материалов
Институт интеллектуальных материалов работает в области междисциплинарных наук. Здесь химики, физики, математики и ученые других сфер проводят синтез и исследование новых функциональных материалов для различных применений.
Одно из многих направлений исследований – разработки, связанные с материалами для химических источников тока. Вместе с коллегами из Германии и Новосибирска учёные института исследуют современные аккумуляторы. Первые их синтезируют, вторые – характеризуют.
- Для этого мы разработали ячейку, которая необходима для исследования в реальном времени. Туда помещается материал, который хотим исследовать, и мы заряжаем и разряжаем его как обычный аккумулятор. Мы можем смотреть, какие тут происходят процессы в реальном времени, как меняется структура материала, - рассказывает аспирант Виктор Шаповалов.
По его словам, эта информация нужна для того, чтобы получать новые, более совершенные материалы. Он отметил, что учёные из Дрездена заказали подобную ячейку, но для рентгеновской томографии.
- Важно, что мы внутри научного международного пространства. И не только мы едем и чему-то учимся за границей, но и к нам приезжают, у нас заказывают разработки и нас просят научить, - говорит директор института Александр Солдатов.
Определить элементный состав образцов, дефекты на поверхности ученым института помогает рентгеновский флуориметр. Образец наносится на подложку и устанавливается в камеру, затем камера закрывается и на него подается рентгеновское излучение.
- Используется прибор и для биологических объектов. Например, для лечения раковых опухолей в ткани внедряют наночастицы, которые должны ее уничтожить. Просканировав поверхность, мы можем определить, осталась ли опухоль, как распределены наночастицы, дошли ли они до нее, задержались ли в тканях, где их не должно быть, - говорит инженер лаборатории нанодиагностики материалов искусственного интеллекта Алина Скорынина.
Завод будущего
В Таганроге журналисты посетили так называемую безэховую камеру в Институте радиотехнических систем и управления ЮФУ. Это помещение, в котором, как понятно из названия, не возникает эхо. Стены, пол, потолок обиты специальным радиопоглощающим материалом, который на ощупь напоминает поролон, а внешне - множество высоких четырехгранных пирамид. Вот в такой камере ученые изучают радиолокационные характеристики стелс-обьектов (объекты, которые не поддаются обнаружению, например, самолеты-беспилотники. – Приме. /=РО=/), распространение радиосигнала в среде без препятствий. Кстати, Южный федеральный – единственный в нашей стране университет, в котором есть такая камера.
В рамках пресс-тура журналисты посетили Институт нанотехнологий электроники и приборостроения ЮФУ. Здесь ученые и студенты занимаются изучением нанотехнологий, наноэлектроники, нано- и микросистемной техники, наноматериалов.
Одно из мест, в котором побывали журналисты, - это многофункциональный сверхвысоковакуумный нанотехнологический комплекс НАНОФАБ.
- Фактически, это завод будущего. Это кластерная высоковакумная технологическая платформа, которая объединяет различные модули в единый технологический цикл. Задача оператора – загрузить образец в камеру, а дальше с помощью робота образец передается из модуля в модуль, где выполняются соответствующие технологические операции. На выходе мы получаем если не готовое изделие, то полуфабрикат – прибор для создания новых устройств, - рассказал заведующий кафедрой нанотехнологий и микросистемной техники Алексей Коломийцев.
Он отметил: благодаря тому, что здесь можно выращивать полупроводники поатомно, ученые могут производить высокоскоростные преобразователи оптического сигнала в электрический, которые увеличат скорость доступа к сети Интернет в несколько раз. Сейчас технология находится на стадии разработки. Другое направление – создание наноструктурированных пленок.
- Например, была работа по заказу МЧС: создание датчиков для пожарных извещателей. Мы создали датчики, которые не просто определяют факт пожара, но и какие материалы горят, - пояснил Коломийцев.
Для журналистов провели экскурсию в так называемую гермозону-2, где, по словам Алексея Коломийцева, организовано мелкосерийное производство тех разработок, которые производят на первой площадке.
- Геромзона-2 создавалась для организации мелкосерийного производства изделий микроэлектроники и микромеханики. В рамках научных работ, которые ведутся в институте, здесь выполняется производство экспериментальных образцов и мелких партий. Из последних – разработка микро- и наномеханических гироскопов (устройства для определения положения объекта в пространстве. – Прим. /=РО=/) и микро- и наноакселерометров (устройства для определения направления ускорения. – Прим. /=РО=/).
Последней точкой, которую посетили журналисты, стал инжиниринговый центр ЮФУ.. который был создан в 2015 году. Направление его работы – приборостроение, металлообработка, автоматизация. Центр входит в состав научно-конструкторского бюро моделирующих и управляющих систем (НКБ МИУС) ЮФУ.
- К нам обращаются компании реального сектора экономики, крупные предприятия, коммерческие структуры. Они просят разработать какие-либо устройства, изготовить металлические детали либо автоматизировать производство, - отметил руководитель Инжинирингового центра ЮФУ Андрей Ковалев.