- Details
Разработки Института неорганической химии имени А. В. Николаева позволят сказать новое слово в медицине. Министерство науки и инновационной политики Новосибирской области продолжает знакомить нас с процессом и участниками реализации в регионе национального проекта «Наука».
Советская Сибирь, 09.06.2021
Новости Сибирской науки, 09.06.2021
Вместе с министром Алексеем Васильевым мы побывали в Институте неорганической химии СО РАН. Исследователи получили 105 миллионов рублей на обновление приборной базы. Это значительно расширило возможности для уникальных исследований, результаты которых в перспективе коснутся каждого из нас.
Прежде чем начать рассказ, отметим, что облправительство активно поддерживает инновационное развитие и стартапы. Алексей Васильев напомнил:
— 24 мая региональным министерством науки и инновационной политики был объявлен конкурс для субъектов инновационной деятельности, которые могут претендовать на получение гранта правительства Новосибирской области в размере до трех миллионов рублей на трансфер технологий, выпуск опытных образцов, запуск собственного производства инновационной продукции. Объем поддержки со стороны правительства составляет 70 миллионов рублей, каждый год увеличивается число участников конкурса, и мы рассчитываем отобрать самые проработанные и перспективные проекты, реализация которых позволит, с одной стороны, решать значимые социально-экономические проблемы, а с другой — пополнять бюджет Новосибирской области.
И вот мы шагаем в храм великой науки химии. Этому сибирскому «стартапу» уже более 60 лет, но он, как и прежде, в лидерах мировой науки. И конечно, один из участников отраслевого национального проекта.
Кристалл весом в центнер
По словам директора Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН доктора химических наук Константина Брылева, его сотрудники ориентированы на получение новых неорганических соединений для функциональных материалов, области применения которых самые инновационные.
Платину, золото и серебро наносят на имплантаты методом химического осаждения из газовой фазы. Фото: Алексей ТАНЮШИН
— Мы ведем достаточно проектов совместно с Институтом органической химии СО РАН, и такая синергия дает возможность преуспевать в науке, — отметил Константин Брылев. — Дело в том, что сегодня наука является заложником ситуации в том смысле, что для достижения успеха необходимо современное оборудование, а оно может стоить десятки, а то и сотни миллионов рублей. Но благодаря участию в федеральной программе по обновлению приборной базы национального проекта «Наука» за два года мы получили более 100 миллионов рублей и приобрели несколько серьезных аппаратов. Благодаря этому удалось повысить производительность труда ученых, они стали получать более точные результаты исследований.
Например, одна из научных групп института занимается выращиванием монокристаллов весом до100 килограммов, которые используются в производстве элементов томографов, в космических кораблях, в нефтехимической промышленности.
На помощь приходит золото
Одним из главных направлений в работе лаборатории химии летучих координационных и металлорганических соединений ИНХ СО РАН является создание композиционных покрытий из благородных металлов, которые наносят на имплантаты.
Напомним, что для изготовления имплантатов используются самые разные материалы. Например, из титана и его сплавов делают детали для ортодонтической хирургии, для замены суставов бедра, колена, плеча, позвоночника, локтя и запястья, материалы для фиксации костей, такие как гвозди, винты, гайки и пластины. Углеродные композиционные материалы используют для реконструктивной хирургии челюстно-лицевой области, при лечении дегенеративно-дистрофических поражений позвоночника, а также при замещении костных дефектов после травм конечностей и позвоночника. В свою очередь, различные полимеры применяют в качестве биоматериалов в ортопедических, травматологических и спинномозговых имплантатах, а также используют в композитных имплантатах и при вживлении эндопротезных систем.
Пленочные покрытия из благородных металлов на различных материалах для имплантатов под микроскопом. Фото: Алексей ТАНЮШИН
— Мы разрабатываем пленочные материалы на основе благородных металлов для улучшения характеристик современных медицинских имплантатов. Это весьма актуально, так как при онкологических заболеваниях, например, частота инфекционных осложнений после эндопротезирования может достигать 60 процентов, — рассказала научный сотрудник лаборатории кандидат химических наук Евгения Викулова. — Покрытие из благородного металла обладает коррозионной стойкостью, биологической совместимостью с тканями организма и антибактериальными свойствами. Его можно наносить на широкий спектр имплантатов различной формы и структуры, например на титановые, углеродные композитные, полимерные изделия. Для решения этой задачи мы предложили универсальный и прецизионный метод нанесения — химическое осаждение из газовой фазы.
Научный сотрудник лаборатории металлорганических координационных полимеров ИНХ СО РАН Елизавета Лидер рассказывает о разработке новых препаратов для химиотерапии онкологических заболеваний. Фото: Алексей ТАНЮШИН
Суть этого метода состоит в следующем. Металл преобразуют в летучее вещество, переводят в паровую фазу, потом прекурсор охлаждается на подложке, и происходит реакция разложения с образованием собственно материала покрытия.
— Мы уже опробовали этот метод при нанесении покрытий из платины, золота и серебра на титановые и углеродные композитные материалы, сейчас работаем над нанесением платинового покрытия на полимеры, — сообщила Евгения Викулова. — Тесты на лабораторных животных показали, что такие покрытия, нанесенные на имплантаты, существенно сокращают время заживления.
Когда медь дороже платины
В лаборатории металлорганических координационных полимеров ИНХ СО РАН занимаются разработкой новых препаратов для химиотерапии онкологических заболеваний на основе координационных соединений меди с азотсодержащими гетероциклами. В химиотерапии различных видов рака уже используют подобные соединения, но на основе платины. Проблема в том, что через некоторое время опухоль «привыкает» к таким лекарствам и следующие курсы химиотерапии имеют гораздо меньшую степень воздействия.
Так выглядят благородные металлы, наночастицы которых наносят на имплантаты из разных материалов. Фото: Алексей ТАНЮШИН
— Мы сконструировали ряд комплексов на основе меди, которые превосходят по своим свойствам широко используемые препараты на основе платины. В качестве референсных соединений используются действующие фармакологические препараты на основе платины — цисплатин и карбоплатин, которые уже продаются в аптеках, — рассказала старший научный сотрудник лаборатории кандидат химических наук Елизавета Лидер. — Кроме того, мы изучаем взаимодействие препаратов с ДНК опухоли, пытаемся понять механизм действия на клеточном уровне.
Подложки с уже нанесенными пленочными покрытиями из платины. Фото: Алексей ТАНЮШИН
Также в лаборатории работают над созданием люминесцирующих соединений для визуализации веществ в клетках. Для этих целей сегодня используются агенты, которые тоже имеют недостатки: они разлагаются на свету и токсичны, из-за этого их нельзя вводить на длительное время. Создание комплексов редкоземельных элементов с эндогенными металлами решит эту проблему.
— Мы хотим получить молекулу, которая будет обладать противоопухолевой активностью и позволять органеллам клеток светиться, — пояснила Елизавета Лидер.
КОММЕНТАРИЙ
Ирина МАНУЙЛОВА, заместитель губернатора Новосибирской области:
— Нам есть чем гордиться, представляя деятельность химических институтов Сибирского отделения Академии наук. Те разработки, которые здесь созданы, представляют интерес для жителей не только нашего региона, но и России, других стран. При этом сырьем для новых препаратов очень часто являются материалы, ранее считавшиеся отходами различных производств. Поэтому проект «Академгородок 2.0», реализуемый правительством региона, направлен прежде всего на то, чтобы научные открытия, сделанные в институтах Новосибирского научного центра, были внедрены в производство и стали достоянием миллионов людей. Хочу подчеркнуть, что Институт неорганической химии СО РАН в минувшем году в рамках национального проекта «Наука» получил очень серьезные средства на обновление приборной базы — 105 миллионов рублей.
- Details
ИНХ СО РАН предлагает новые методы диагностики МКБ и проводит лабораторные исследования, которые могут активно применяться практикующими врачами при выборе наиболее эффективной стратегии лечения пациента.
Новосибирская областная ассоциация врачей, 04.06.2021
Старший научный сотрудник Института к.х.н. Губанов Александр Иридиевич принял участие во Всероссийской научно-практической конференции по новым медицинским технологиям «НАУКА. МЕДИЦИНА. ИННОВАЦИИ», которая состоялась в Новосибирске 21 апреля 2021 года, и выступил с докладом перед российскими врачами и учеными. Ссылка на запись доклада
Это мероприятие стало традиционным для научного центра страны. Онлайн-формат события позволил специалистам принять участие в работе конференции, независимо от своего места нахождения. По словам руководителя Комитета по здравоохранению НОО «ОПОРА РОССИИ» Петра Смиренко, программа четвертой конференции – возможность увидеть, как достижения науки, новые технологии используются в практике обычного врача. «Хочу отметить практическую применимость докладов прошедшей конференции. Такая передача знаний крайне важна. В 2020 году мы убедились, насколько важно оперативно внедрять в работу уже сегодня новые идеи, подходы», - сказал Петр Анатольевич.
Конференция как площадка уже помогла многим организациям внедрить в практику новые разработки, вдохнуть новую жизнь в готовые технологии. Ряд инноваций сегодня активно используются на территории России, в то время как ранее их поставляли в основном за рубеж. Подчеркнул ценность мероприятия и министр науки и инновационной политики Новосибирской области Алексей Васильев. «Наступивший год – год науки и технологии, и это совершенно неслучайно, - отметил он на открытии мероприятия. – Прошлый год и борьба с пандемией показали важность науки, практических результатов, тех технологий, которые формируются благодаря нашему научно-техническому заделу».
На конференции были представлены доклады сибирских ученых и врачей. Программа мероприятия включала четыре секции: «Сердечно-сосудистые заболевания», «Онкологические заболевания», «Заболевания органов дыхания» и «Сибирские разработки».
В секции «Сибирские разработки» немедицинские научно-исследовательские институты представили свои медицинские разработки. От ФГБУН «Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН» выступил Александр Иридиевич Губанов и представил инновационные методы диагностики мочекаменной болезни, также рассказав об успешном опыте сотрудничества по этой теме с медицинскими учреждениями Новосибирска. Доклад сибирского ученого вызвал живой интерес у участников конференции: для многих медучреждений стало открытием, что данные лабораторные исследования проводятся в научных учреждениях. Больше всего участников конференции поразили результаты таких исследований, которые могут помочь в выборе наиболее эффективной стратегии лечения пациента.
Председатель Новосибирской областной ассоциации врачей Сергей Дорофеев отметил значимость события как образовательной площадки для врачей и каждого выступления в отдельности. «Мы считаем, что развитие любых инновационных технологий в медицине – это здорово, это всегда нужно приветствовать, - сказал он. – Нужно приветствовать и поддерживать помощь врачей всему медицинскому бизнесу, который старается что-то новое изобрести для системы охраны здоровья. Все те новые методики, предложения, разработки, представленные на конференции «НАУКА. МЕДИЦИНА. ИННОВАЦИИ», надеемся скоро увидеть в практической работе».
Организаторы мероприятия: Сибирское отделение Российской академии наук, Комитет по здравоохранению НОО «ОПОРА РОССИИ», Новосибирская областная ассоциация врачей, ММА «МЁД», ГКБУЗ «ГНОКБ», АНО «Агентство стратегических инициатив по продвижению новых проектов». Мероприятие активно поддерживается Министерством науки и инновационной политики НСО.
- Details
Пресс-тур с участием заместителя Губернатора Новосибирской области И.В Мануйловой и министра науки и инновационной политики Новосибирской области А.В. Васильева прошел в ИНХ СО РАН и НИОХ СО РАН 26 мая 2021 года.
В ходе пресс-тура были продемонстрированы инновационные разработки Института.
"Сибирские химики улучшают импланты" Наука в Сибири, 26.05.2021. В ИНХ СО РАН разработан новый способ нанесения благородных металлов на импланты из различных материалов. Полученные медицинские изделия обладают лучшей биосовместимостью и повышенными антибактериальными свойствами.
"Соединения с редкоземельными элементами могут светиться и подавлять рост и развитие раковых клеток" Наука в Сибири, 26.05.2021 В ИНХ СО РАН работают над созданием действующих веществ для химиотерапии, которые превосходят уже существующие аналоги по цитотоксичности для раковых клеток, не приводят к резистентности и выступают как агенты для биовизуализации.
"Сибирские химики разрабатывают новые аккумуляторы" Наука в Сибири, 26.05.2021 Ученые Института изучают возможность применения углеродных наноматериалов для металл-ионных аккумуляторов и конденсаторов. Промежуточные результаты доказывают перспективность использования натрий-ионных аккумуляторов, являющихся более дешевыми для производства и обладающих увеличенной емкостью и долговечностью за счет использования гибридного материала на основе углерода и дисульфида молибдена.
Фото Глеба Сегеды и Марии Фёдоровой
В пресс-туре приняли участие заместитель Губернатора Новосибирской области Ирина Мануйлова, министр науки и инновационной политики Новосибирской области Алексей Васильев, директор НИОХ СО РАН, профессор, доктор физико-математических наук Елена Багрянская, директор ИНХ РАН, доктор химических наук Константин Брылев.
- Details
Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН уже несколько лет ведут исследования по совершенствованию и разработке методик получения чернил для печатной электроники. Результаты работ позволят производить большее количество наночастиц, сохраняя их высокую стабильность.
Наука в Сибири (17.05.2021)
Российский научный фонд (17.05.2021)Новости Сибирской науки (17.05.2021)
Область печатной электроники на сегодняшний день является одним из перспективных направлений научных исследований. Она связана с производством электронных устройств при помощи специальных чернил. Такой подход к созданию плат, микросхем и прочих элементов современной техники намного проще и дешевле ныне используемых, но массово его пока не применяют. Главное препятствие состоит в получении чернил. Синтезировать необходимое количество вещества можно, однако срок его хранения будет ничтожно мал. Способы получения стабильных чернил намного сложнее и требуют больше времени. К примеру, на выпуск бутылька с жидкостью объемом 50 мл компаниям, занимающимся ее производством, требуется около недели.
«В печатной электронике необходимо использовать именно наночернила, ведь если частицы металла, из которых чернила состоят примерно наполовину, будут слишком крупными, то они попросту забьют сердце принтера — его печатающую головку. Обычно мы работаем с частицами размером менее десяти нанометров», — отмечает старший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Павел Сергеевич Поповецкий. Чаще всего используется серебро, так как оно является лучшим проводником среди металлов, или золото, кроме того, чернила включают в себя растворитель и стабилизатор. Важно добиться высокой концентрации металла, но не допустить слипания частиц между собой.
Наночастицы размером 20 нм
Для получения наночастиц исследователи используют мицеллы, состоящие из поверхностно-активных веществ (ПАВ). Характерная особенность ПАВ — наличие гидрофобных (хвосты) и гидрофильных (головы) функциональных групп. В зависимости от их типа и количества одни ПАВ лучше растворяются в воде, а другие — в органических веществах, образуя прямые или обратные мицеллы. Внутрь последних помещают соединения, которые в ходе реакции и дают наночастицы необходимых материалов. К поверхностно-активным веществам относится аэрозоль ОТ, с которым активно работают сотрудники Института неорганической химии.
По словам Павла Сергеевича, классический процесс синтеза наночастиц с использованием обратных мицелл АОТ довольно прост: «Растворяете ПАВ в каких-либо жидких углеводородах, самые ходовые — декан, гексан и изооктан, добавляете растворы нитрата серебра, если хотите получить наночастицы этого металла, затем восстановитель, например гидразин, всё это как следует смешиваете, ждете пару часов — и наночастицы готовы». Реакции восстановления происходят в полостях мицелл, они сдерживают разрастание частиц, в результате чего удается добиться нужных размеров.
В зависимости от типа растворителя можно получать органические или водные чернила. «По сути, это как сравнивать водоэмульсионную краску и эмаль. Последняя имеет неприятный запах, стоит дороже, но качество покрытия при ее использовании значительно выше, зато водоэмульсионная краска экологичнее. Выбор зависит от сферы применения», — рассказывает Павел Поповецкий. После производства чернил они наносятся на подложку, затем удаляется стабилизатор и получается рисунок микросхемы. Ученый отмечает: «Используемый нами ранее классический метод получения наночастиц в неводных средах хорош почти всем, но только не производительностью. К тому же ее крайне сложно увеличить, сохранив при этом размер частиц на нужном уровне. В нашей лаборатории смогли решить эту проблему».
На ранних этапах исследований ИНХ СО РАН был предоставлен грант Российского научного фонда на разработку новых способов производства, концентрирования и обработки красок для печатной электроники. В результате этого проекта была создана новая методика выделения наночастиц в динамической эмульсии, позволившая сохранить срок, в течение которого их размер остается неизменным. При этом сотрудникам института удалось увеличить производительность синтеза примерно в 30 раз в сравнении с классическими подходами. В ИНХ СО РАН был создан уникальный способ неводного электрофоретического концентрирования, позволивший производить чернила, которые можно хранить годами.
Изучением печатных технологий в лаборатории химии экстракционных процессов ИНХ СО РАН ученые занимаются с 2015 года. Тогда был получен грант Российского научного фонда, направленный на разработку новых рецептур чернил. Работы велись под руководством заведующего лабораторией химии экстракционных процессов ИНХ СО РАН доктора химических наук Александра Ивановича Булавченко. Сейчас Павел Поповецкий разрабатывает собственные направления исследований. РФФИ и правительство Новосибирской области предоставили гранты на поиск альтернативных стабилизаторов в качестве замены традиционно используемого в лаборатории АОТ. Благодаря этому планируется снизить количество примесей в получаемых на основе чернил пленках. «АОТ содержит натрий и серу. Если от первого элемента благодаря новой методике синтеза мы вполне можем избавиться, то второй цепляется к серебру почти намертво. При обработке удалить его нельзя. Неионные ПАВ не содержат серу и натрий, легче и полнее удаляются, но получаемые с их помощью наночастицы, как правило, не заряжены. Это плохо влияет на их стабильность», — рассказывает Павел Сергеевич. Исследователям уже удалось получить заряженные частицы в неионном стабилизаторе. Концентрация металла в выделяемых чернилах оказалась ниже, чем при старом подходе, но пленки можно получать при более низких температурах. Еще одно направление работы ученого — поиск стабилизаторов, дающих возможность чернилам диспергироваться как в воде, так и в органических растворителях. Это позволит использовать в одном и том же печатном оборудовании независимо от его предназначения как сольвентные, так и водные краски.
Несмотря на то, что сегодня печатные технологии массово не используются, исследователями разных странах мира предлагаются все новые и новые способы их применения. В Израиле, к примеру, при помощи современных методов печатают микросхемы и многослойные устройства из полупроводниковых, металлических и диэлектрических частиц. В США проводились опыты по печати на ткани металлическими чернилами. Оказалось, что под действием сжатия свойства нанесенного рисунка сохраняются. В дальнейшем это можно будет использовать в спортивной одежде, у тренеров появится возможность дистанционно следить за физическим состоянием спортсменов. Печатные технологии планируется задействовать и в производстве средств коммуникации. Корейские ученые при помощи серебряных чернил смогли разработать гибкие микросхемы с прозрачностью около 98 %, которые помогут при изготовлении сенсорных дисплеев.
Использование печатных технологий в производстве электроники, по оценкам экспертов, позволит сэкономить десятки миллиардов долларов. При этом способ нанесения чернил может быть любым, главное — научиться получать достаточное количество красок и обеспечить их продолжительное хранение. Ученые считают, что решение этой проблемы — вопрос времени, поэтому уже в обозримом будущем новый способ производства сможет стать достойной альтернативой традиционному.
Дмитрий Медведев, студент отделения журналистики ГИ НГУ
Фото предоставлены исследователем
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.