Нано – значит надо!

Сибирский федеральный университет разрабатывает новейшие технологии и материалы, в том числе в области нанотехнологий, и имеет определенные достижения как в сфере научных исследований, так и в продвижении разработок в прикладные области. Например, разработки Центра коллективного пользования СФУ, связанные с медицинской тематикой, востребованы рядом предприятий, организаций и учреждений. В числе основных заказчиков Центра: ЗАО «Ванкорнефть», ОАО «Красноярский завод цветных металлов», ФГУП «Горно-химический комбинат», ГОУ ВПО «Красноярская медицинская академия», НИИ медицинских проблем Севера

.

Спасительный наноэкспресс

В настоящее время в России реализуется ряд программ по созданию условий для эффективного развития исследований и поддержки прикладных проектов в сфере наноиндустрии. СФУ признан победителем конкурса, проводимого в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009–2013 гг.» за разработку направления «Создание и обработка кристаллических материалов», в частности по проблеме «Получение и магнитные свойства железосодержащих наночастиц, синтезируемых бактериями». С университетом заключен государственный контракт на реализацию проекта на сумму более 4 млн. руб.

• В чем суть проекта? Мало кто в России знает о существовании в Красноярском крае озера Боровое. Из сапропеля этого уникального озера в сибирской глубинке выделены бактерии клебсиелла. Причем микроорганизмы в процессе культивирования могут синтезировать магнитные наночастицы минерала ферригидрита (соли железа) размером 3–5 нм. В лабораториях Института цветных металлов и материаловедения СФУ ученые совместно с медиками испытывали действие полученных магнитных наночастиц на тканях ЛОР-органов лабораторных животных. Первые эксперименты на онкобольных мышах показали, что противоопухолевые средства, доставляемые наночастицами, точно воздействуют на очаг пораженного органа. При этом при такой адресной доставке весь организм не отравляется токсичными веществами, которыми лечится онкология.

В серии экспериментальных исследований, проводимых на ЛОР-органах, установлена хорошая проникающая способность наночастиц в ткани при воздействии на них внешним магнитным полем. Кроме этого, исследования на цитотоксичность на нейтрофилах здоровых людей (клетках, выделенных из крови) доказали отсутствие токсического действия наночастиц на клетки организма. Полученные наночастицы биологически нейтральны и могут связывать лекарственные препараты. Данный факт имеет большое значение в лечении ожоговых ран и воспалительных процессов.

.

Подарок от ракообразных

Другое направление исследует группа ученых кафедры фотоники и лазерных технологий Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ. Речь идет об изучении полисахарида хитозана – биополимера животного происхождения, который обладает уникальными свойствами: хороший адсорбент, не отторгается тканью человека и умеет образовывать наноструктуры, соединяясь с другими биополимерами. Такой глобальный совместный проект СФУ с учеными СО РАН и Красноярского государственного медицинского университета находится в настоящее время на экспертизе в Роснано.

• Научная проблема состоит в том, чтобы отладить технологию получения калиброванных наночастиц из органики, и красноярские исследователи на сегодняшний день очень нуждаются в приобретении специального дорогостоящего оборудования, позволяющего проводить исследования с помощью самых современных методов, например, метода светорассеивания. В Красноярске такой возможности пока нет. Остается надеяться на внешние связи: в рамках совместного проекта с Центром Гельмгольца в Берлине осенью 2011 г. планируется поездка в Германию для выполнения исследований по указанной теме с предоставлением необходимого оборудования. Тогда появится возможность модернизировать уже существующее в Красноярском крае производство изделий медицинского назначения на основе хитозанколлагеновых комплексов. Эти изделия производятся в городе Железногорске и хорошо зарекомендовали себя в хирургической практике и при лечении ожогов.

.

Алмазы… в саже

Пока всем миром ученые навалились на графен, за открытие которого в этом году дали Нобелевскую премию, заведующий кафедрой нанофазных материалов и нанотехнологии СФУ, доктор физико-математических наук Алексей Иванович Лямкин доводит до реализации собственные многолетние разработки на основе наноуглерода. Взять хотя бы проект по производству смазочных материалов на основе алмазографитового нанопорошка, получаемого из взрывчатых веществ.

• Впервые эти наноалмазы были получены в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН в 1982 г., хотя подобные опыты проводили еще в 1964 г. под Челябинском, во Всесоюзном НИИ технической физики. Тогда факту синтеза алмазов из сажи не нашли применения, а нашим ученым удалось самостоятельно переоткрыть это явление и опубликовать результаты исследований в открытой печати. Выяснилось, что взрывчатка, которую использовали как источник давления, одновременно является и сырьем для алмазов. Далее продукт взрывного синтеза попробовали добавлять с машинные масла, что значительно улучшило их свойства. Работа по лабораторному синтезу наноалмазов в 1988 г. была отмечена премией Ленинского комсомола, а промышленная технология в 1994 г. – Государственной премией РФ.

В начале 90-х годов в городе Искитим Новосибирской области, на заводе искусственного волокна (НЗИВ), было организовано производство присадок к автомобильным маслам с использованием алмазографитового порошка, выпущено около 2 млн. баллончиков. Присадка была очень популярна и носила экзотическое название – УДАВ СибМа, что означало: УльтраДисперсный Алмаз Взрывной, Сибирское Масло.

• На сегодняшний день коллектив создал высокопроизводительную технологию получения углеродных наноматериалов. Опробованы около 30 различных областей их применения, получены хорошие эффекты. Например, можно добавлять нанопорошки в лакокрасочные изделия, потому что графит обладает лиофобными свойствами. Все краски для наружных работ рано или поздно превращаются в шагреневую кожу и начинают осыпаться, потому что их основа – это органика, которая под воздействием ультрафиолета разрушается. Графит имеет свойство поглощать ультрафиолет, его добавки продлевают жизнь краске, можно, кстати, производить высококачественные краски для ксероксов. Алмазы эффективны при полировке кристаллов, в электрохимических процессах – для увеличения износостойкости поверхности. Наноматериалы сродни гомеопатическим добавкам: даже в небольших дозах модифицируют свойства макроматериала. Добавки наноматериалов к полимерам придают им особую прочность.

Но пока есть проблема с внедрением порошка в промышленные технологии в части ведомственных барьеров. В этом случае договариваемся о подаче совместной заявки университета и Академии наук.

.

Результаты фундаментальные, но…

В СФУ два года назад создан научно-образовательный «Центр перспективных и наноразмерных материалов и нанотехнологий». В рамках образовательных программ «Физика конденсированного состояния вещества» и «Микро- наноструктурированные материалы и нанофотоника» с широким привлечением студентов и аспирантов Института инженерной физики и радиоэлектроники выполняются крупные отечественные и зарубежные проекты. Мы научились выращивать качественные монокристаллы на основе моносилицидов 3d-элементов с высокой степенью спиновой поляризации электронов проводимости для гибридных устройств спинтроники, на кафедре фотоники и лазерных технологий на основе жидких кристаллов ведутся поисковые исследования по обнаружению качественно новых эффектов. Результаты есть фундаментальные, но внедрение зависит от промышленности, а она не готова к сотрудничеству.

• В настоящее время большой научный интерес представляет направление по исследованиям многослойных пленочных структур в системе ферромагнитный металл/полупроводник, которые начались в России в 1998 г. Речь идет об управлении магнитным состоянием пленочной структуры путем оптического возбуждения электронов в полупроводниковом слое. Это актуально для миниатюризации устройств как для использования в космосе, так и для применения в быту (например, сенсорные датчики в автомобилях).

В 2007 г. исследователи П. Грюнберг и А. Фет получили Нобелевскую премию за открытие явления гигантского магнитосопротивления в многослойных структурах с металлическим типом проводимости. Мы же создаем и исследуем гибридные пленочные наноструктуры, одновременно обладающие и магнитными, и полупроводниковыми свойствами, т.е. пытаемся их интегрировать, что достигается компановкой слоев различных элементов. Разные комбинации дают новые материалы, которых в природе не существует. Эти материалы используются в спиновых транзисторах, вентилях, устройствах магнитной памяти и т.д.

.

• Материалы, полученные по современной технологии сверхвысоковакуумного напыления пленочных структур, являются перспективными. Могут использоваться в качестве чувствительных элементов в приемных устройствах электромагнитного излучения, а при интегрировании их с традиционными полупроводниками – в гибридных схемах для компьютеров нового поколения. Так, разработаны лазеры на основе структур с полупроводниковыми включениями, где путем простого переключения магнитного поля можно управлять параметрами лазерного пучка, а это дает возможность интегрировать источник излучения в качестве структурной единицы в микросхеме. Можно сделать многофункциональное и в то же время миниатюрное приемное устройство размером… со спичечную головку.

Эти идеи восприняты во всем мире. Но все же основная проблема состоит в отработке технологии, при этом наряду с получением качественных материалов стоит задача по поиску и исследованию новых эффектов, перспективных для применения в устройствах, работающих на новых принципах.

Вера КИРИЧЕНКО

http://www.sovetnikprezidenta.ru/…_krizis.html