Issuu on Google+

В МИРЕ № 5 2010

Необычные флуорофоры Читайте на стр. 19


СОДЕРЖАНИЕ Дайджест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Приложение к журналу «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ»

№ 5 2010

В МИРЕ

Нанодороги без дураков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Заявленному – верить! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Какие материалы нужны энергетике . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Наноплазмоника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Фуллерены и перспективы их применения в биологии и медицине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Необычные флуорофоры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Уровни организации пептидов паутины: от аминокислотной последовательности к нити с рекордными свойствами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Учредители: Федеральное агентство по науке и инновациям, ООО «Парк-медиа» Издатель: А.И. Гордеев Редакционная коллегия: К.В. Киселев, к. ф.-м. н. С.А. Озерин Руководитель проекта Т.Б. Пичугина Выпускающий редактор: М.Н. Морозова

Перед прыжком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Большие надежды планеты на спасателей-«нанокрох» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Почему бизнес не спешит в вузы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Физик экстремальных состояний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Редакция: С.В. Новиков, Т. Х. Валавина Адрес редакции: Москва, Ленинские горы, Научный парк МГУ, влад. 1, стр. 75Г, корп. 6, офис 628 Телефон/факс: (495) 930-88-08 Подписка: (495) 930-88-06 E-mail: podpiska@nanorf.ru, www.nanoru.ru, www.nanorf.ru Для писем: 119311, Москва-311, я/я 136

РФФИ боится бюджета-2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 НИУ по-русски . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Граждане-ученые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 След молекулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

В оформлении обложки использована фотография, предоставленная Сандийской национальной лабораторией, США

При перепечатке материалов ссылка на приложение к журналу «Российские нанотехнологии» обязательна. Любое воспроизведение опубликованных материалов без письменного согласия редакции не допускается. Редакция не несет ответственность за достоверность информации, опубликованной в рекламных материалах.

© РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ, 2010 Тираж 1000 экз.

Промдизайн: мастерство «упаковки» . . . . . . . . . . . . . . . 43 2

Отпечатано в типографии «МЕДИА-ГРАНД»

В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ДАЙДЖЕСТ

Графен – это материал, состоящий из полосок углерода, толщиной всего в один атом, который обладает уникальными свойствами – проводит электроны и при этом прозрачен. Эти свойства дают возможность использовать графен в будущем как прозрачный проводник, такие материалы находят применение в телевизорах и дисплеях компьютеров. До недавнего времени этот материал не удавалось получить в количествах больших, чем кусочек длиной в несколько сантиметров. И вот недавно исследователи смогли создать прямоугольный лист графена с диагональю 76 сантиметров, ученые надеются в будущем создавать интерактивные дисплеи на основе таких листов. Углеродные монослои графена были впервые получены в 2004 году. С тех пор ученые озабочены проблемой получения крупных листов этого ультратонкого материала. В прошлом году группа химика Родни Руоффа из Университета Техас в Остин смогла вырастить сантиметровые квадратики графена на медной фольге. И вот недавно группа исследователей под руководством Джон Хьюн Ан и Бьюнг Хе Хон из Университета Сунгкьюнкван в Южной Корее сообщила, что они смогли получить лист графена гораздо большего размера, чем группа из Техаса, такие листы ученые надеются использовать для создания полноразмерных дисплеев. Полученная пленка пропускает 90 % света и имеет очень маленькое электрическое сопротивление. Ученые также обнаружили, что графен улучшает свойства интерактивного экрана, когда они совместили экран с листом графена.

НАНОГЕНЕРАТОР Материаловед Чжон Линь Ван и его коллеги из Института технологий Джорджии в Атланте создали два типа наногенераторов размером со скрепку, которые могут производить электроэнергию того же напряжения, как и батарейки, и переводят механическую энергию в электрическую. W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Ключевая составная часть первого устройства – нанопровода, сделанные из оксида цинка – пьезоэлектрического материала, который переводит механическое напряжение в электричество. Каждый нанопровод толщиной несколько сотен нанометров. Такие нанопровода уложены рядами, а между ними – слои электропроводников. Когда ученые слегка сжали наногенератор, он произвел напряжение в 0.24 Вольта. Этого достаточно для зарядки двух наносенсоров, созданных учеными: один – для измерения кислотности жидкости и второй – для детекции ультрафиолета. Другой, более мощный прибор создан на основе полосок хрома и золота, в слое по 700 полосок. Когда ученые слегка согнули прибор, он произвел напряжение в 1.26 Вольта, это очень близко к стандартной алкалиновой батарейке в полтора Вольта. Подобные приборы имеют уже практическое значение. Такие наногенераторы могут работать для множества разнообразных датчиков в быту, таких, как сенсоры утечки газа, а информация от датчиков через радиоволны будет идти на компьютер. Такие датчики смогут работать и при минусовых температурах. К тому же такие наногенераторы могут быть имплантированы в тело человека.

зия убивает бактерии и вирусы, но для этого необходим дневной или ультрафиолетовый свет. О действии наноформы диоксида титана на микроорганизмы было мало что известно. Новосибирские ученые получили наночастицы диоксида титана размерами 4–5 нм и исследовали их влияние на вирусные частицы гриппа H3N2, самого обычного – не птичьего и не свиного. Наночастицы налипали на внешнюю поверхность вирусной оболочки и вызывали ее разрывы. Через полчаса разрушения усиливались, а спустя 1–5 часов вирусные частицы разрушались полностью. Вирусные оболочки состоят из липопротеидов, поэтому не исключено, что наночастицы диоксида титана могут вызывать гибель клеток. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке лекарственных препарат на основе наночастиц. Но как средство дезинфекции наночастицы диоксида титана можно будет использовать наверняка.

ДИОКСИД ЦЕРИЯ

НАНОЧАСТИЦЫ ПРОТИВ ГРИППА

hitthatswitch

Brookhaven National Laboratory

ЛИСТЫ ГРАФЕНА

Наночастицы диоксида титана разрушают вирус гриппа. Этот процесс можно наблюдать с помощью электронной микроскопии после 30 мин инкубации. Исследования проводили специалисты Новосибирского государственного университета, ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор», Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Одной из важных задач здравоохранения является поиск эффективных лекарств, безвредных для человека и окружающей среды. Одно из таких средств – диоксид титана. Известно, что его суспен-

Наночастицы диоксида церия защищают организм от окислительного стресса и могут оказаться полезными для лечения злокачественных опухолей. Для детального исследования их свойств необходимо разработать метод получения наночастиц диоксида церия заданного размера. Такой метод впервые предложили специалисты Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Нанодисперсный диоксид церия известен как перспективный высокоэффективный неорганический антиоксидант. Он повышает жизнеспособность и продолжительность жизни разных организмов, например плодовой мушки дрозофилы, и может быть полезен в онкологии. Свойства диоксида церия зависят от размеров частиц, которые он образует, поэтому для серьезных исследований, создания и клинических испытаний препаратов необходимо получать частицы диоксида церия заданных размеров. Московские ученые модифицировали уже известный метод, основанный на растворении нитрата церия в олеиламине. Раствор нагревали до 320 °С в токе аргона и выдерживали при этой температуре в течение часа, затем центрифугировали и добавляли ацетон. При этом образуются наночастицы диоксида церия размером 3–8 нм, которые можно отделить центрифугированием. Если в процессе синтеза частиц добавить в реакционную смесь олеиновую кислоту, образуются не частицы, а наностержни диаметром 0.5–2 нм и длиной до 200 нм. Чем 3


ДАЙДЖЕСТ

kirk005@pacbell.net

НАНОПРОВОДА

Исследователи Национального института стандартов и технологий США (NIST) выращивают нанопровода из полупроводниковых материалов – сплавов нитрида галлия – посредством послойного нанесения атомов на кристалл кремния под высоким вакуумом. NIST обладает уникальной возможностью выращивать нанопровода без применения металлического катализатора, тем самым усиливая люминесценцию и сокращая дефекты. Нанопровода, созданные сотрудниками института, как правило, обладают отличными механическими характеристиками. В ходе последних экспериментов получена структура, практически лишенная примесей и дефектов, в то время как диаметр и размещение атомов соблюдаются с большей точностью, о чем сообщали группы ученых, создающие нанопровода с применением катализатора. Точный контроль диаметра и положения атомов – необходимое условие для выхода нанопроводов на рынок. Ключевой особенностью технологии NIST является выращивание их внутри имеющих строго определенный размер отверстий в своеобразном трафарете, которым покрывают кремниевую подложку. Около 30 000 нанопроводов было выращено в подложке толщиной в 76 миллиметров. Технология обеспечивает практически идеальный контроль расположения нанопроводов. Нанопровода равномерно выросли внутри практически всех отверстий и отсутствовали на большей части поверхности покрытия. Отверстия в покрытии ранжируются от 300 до 1000 нанометров в ширину, с шагом в 100 нм. В каждом отверстии диаметром 300–400 нм вырастал нанопровод правильной шестиугольной формы. 4

В больших отверстиях результат получался разнообразнее. Так, в отверстиях диаметром 400–900 нм вырастали монокристаллы нанопроводов с многогранными вершинами. Структуры, выращенные в отверстиях диаметром 1000 нм, представляли собой множество переплетенных проводов. Все нанопровода вырастали до 1000 нм в высоту за три дня. Исследователи NIST проанализировали микроснимки проводов, чтобы проверить однородность формы и размера нанопроводов. Анализ показал практически идеальное повторение гексагональной формы и однородные участки проводов одного диаметра. Выращивание нанопроводов на кремнии – один из подходов исследователей NIST к созданию так называемых «nanowires on a chip» устройств. По словам руководителя исследований, хотя температура выращивания нанопроводов – а это более 800 ºС – достаточно высока для кремниевой схемы, можно найти способы сначала вырастить нанопровода и потом защитить их при производстве самой схемы.

Конструкцию с лактоферрином вводили мышам с привитой опухолью, карциномой легких Льюис, карциномой Эрлиха и саркомой. На ранних стадиях развития препарат тормозит рост всех опухолей, хотя и незначительно, и не стимулирует образование метастазов. В целом дейс твие генно-инженерной конс трукции сопос тавимо с действием белка лактоферрина, но в отличие от белка который нужно вводить часто, одной инъекции нового препарата хватает на 3–4 недели. Исследователи рассчитывают, что на основе полученной ими конструкции будет создан генно-инженерный препарат нового поколения.

НАНОБИОПРИПОИ

НАНОСТРУКТУРА С ГЕНОМ ЛАКТОФЕРРИНА

Denis-Carl Robidoux

больше добавлено олеиновой кислоты, тем длиннее получается стержень. Наночастицы диоксида церия, полученные таким способом, хранят в коллоидном растворе. При этом частицы почти не слипаются в течение полугода.

Лактоферрин, белок женского молока, обладает множеством полезных функций. В частности, на его основе создан препарат «Лапрот», эффективный при лечении токсических состояний, вызванных разными причинами. К сожалению, белок в крови быстро разрушается и приходится систематически вводить его пациентам. Чтобы продлить действие лактоферрина, в организм нужно вводить не сам белок, а кодирующий его ген. Этот ген ученые включили в состав вирусного вектора – аденовируса человека с модифицированным геномом. Получилась наноконструкция – безвредный вирус, геном которого содержит ген лактоферрина человека. При введении этой конструкции молочный белок в сыворотке крови лабораторных животных синтезируется в течение четырех недель.

Ученые из Московского государственного института электронной техники и Научно-производственной фирмы «ДЕЛТАРУС» исследовали свойства нанокомпозитных клеев для лазерной сварки биологических тканей или биоприпоев. Во время хирургических вмешательств медики используют лазеры высоких энергий, которые предотвращают образование рубцов. Выбирая параметры излучения, можно избирательно воздействовать на биоткани, добиваясь либо коагуляции, либо уничтожения ненужных клеток. При такой сварке в области соединения тканей или органов применяют лазерные припои. Они поглощают лазерное излучение, сцепляя края раны и увеличивая прочность швов. Чаще в качестве лазерных припоев выбирают коллоидные водные суспензии альбумина – транспортного белка, входящего в состав сыворотки крови и цитоплазмы клеток человека и животных. Добавление альбумина повышает адгезию тканей, увеличивая их прочность на разрыв после сварки. Его можно долго нагревать во время сварки, что способствует инактивации вирусов гепатита и ВИЧ, а связывающие свойства белка уменьшают воспаление и вероятность образования тромбов. Наконец, альбумин – коммерчески доступное сырье, а приготовленный припой долго хранится. Наибольшей прочностью на разрыв лазерных швов обладает бычий сывороточный альбумин (БСА). Несмотря на то что лазерная сварка заменяет обычное сшивание раны, она не всегда обеспечивает такую же прочность в первые дни после операции. Поэтому ученые решили исследовать применение лазерного припоя на основе БСА и углеродных нанотрубок. В качестве биотканей они выбрали образцы хрящей трахеи быка и свиной кожи. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ДАЙДЖЕСТ Использование нанобиоприпоев позволило увеличить в несколько раз прочность на разрыв лазерных сварных швов по сравнению с обычными припоями на основе дисперсии альбумина. Результаты работы показали потенциальные возможности применения лазерных наноприпоев. Как показали ученые, составы лазерных припоев устойчивы при термическом и световом воздействии, они практически не теряют свои качества при длительном хранении на воздухе. Использование биоприпоев на основе бычьего сывороточного альбумина и углеродных нанотрубок в несколько раз увеличило прочность на разрыв лазерных швов биотканей по сравнению с обычными припоями на основе водной дисперсии альбумина. При этом припои на основе альбумина и других углеродных структур – сажи или активизированного угля – только ухудшали прочность лазерных швов. Следовательно, главную роль в упрочении лазерных швов в этом случае играют углеродные нанотрубки, пришли к выводу авторы.

биологических систем, связанным с аттосекундной динамикой электронов. Сначала ученые ионизировали атомы криптона фемтосекундными импульсами инфракрасного лазерного света. Затем движение валентных электронов изучали с помощью гораздо более коротких (порядка 100 аттосекунд) импульсов жесткого ультрафиолетового излучения.

www.bigfork.k12.mt.us

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

НАНОЧАСТИЦЫ ПРОТИВ ОПУХОЛИ

Ученые из Дармштадтского технического университета, Германия, разработали новый метод генерации лазерного света с настраиваемой длиной волны, а также возможность легко переключать лазер с одной длины волны на другую. В основе новых лазеров лежат квантовые точки – крошечные полупроводники, достаточно малые, чтобы проявлять собственные квантовые свойства. В число возможных приложений новой технологии входят биомедицина и нанохирургия. Дармштадтские физики открыли явление, позволившее перевернуть физику полупроводниковых лазеров. Работа традиционного полупроводникового лазера обычно начинается с излучения фотонов, соответствующих переходу на самых низких энергетических уровнях. Коротковолновое излучение с переходами на высоких энергетических уровнях (и, следовательно, большой энергией фотонов) получается позже, когда ток накачки сильно превзойдет порог генерации лазера. В рамках проекта «FAST-DOT» ученые из группы полупроводниковой оптики Института прикладной физики Дармштадтского технического университета под руководством профессора Вольфганга Эльзассера обнаружили, что при определенных обстоятельствах лазеры на квантовых точках способны излучать сначала коротковолновые фотоны с высокими энергиями, а потом уже длинноволновые с низкими. Такая обратная иерархия позволит настраивать длину волны излучаемого света, варьируя свойства лазера. Более того, возможность переключаться между прямым и обратным методами излучения позволяет по желанию легко переходить с одной длины волны на другую. В дальнейшем дармштадтские исследователи, занимающиеся проектом «FAST-DOT», намерены разработать более простые методы переключения между длинами волн и изучить физику открытого ими явления. Лазеры на квантовых точках, излучающие серии импульсов с высокой частотой повторения, можно применять для модификации живых клеток, например совершая точно контролируемые разре-

Ago Press Network

ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА «ВВЕРХ НОГАМИ»

ДВИЖЕНИЕ ОДИНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В АТОМЕ

Интернациональной группе ученых, включающей в себя исследователей из Института квантовой оптики Макса Планка в Гархинге (Германия), Берклеевской национальной лаборатории Департамента энергетики США и Университета Калифорнии в Беркли, удалось визуализировать в реальном времени движение электронов с внешней оболочки атомов, используя сверхкороткие импульсы лазера. Используя технику аттосекундной абсорбционной спектроскопии, ученые наблюдали со сверхвысокой точностью колебания между квантовыми состояниями валентных электронов. Эти колебания и управляют движением электронов. Разработанный метод исследования когерентной динамики стал доступным только сейчас. Он является весьма общим, применимым к различным задачам физики и химии жидкостей, твердых тел,

зы в клеточных структурах, сводя к минимуму повреждения клетки. По мнению профессора Эльзассера, такие лазеры можно использовать в качестве высокоточных скальпелей.

Группа исследователей Баптистского медицинского центра Университета Уэйк-Форест, США, разрабатывает новую методику разрушения злокачественных опухолей: лазерный луч разогревает наночастицы, которые сжигают клетки опухоли. Основной объект исследования ученых – многослойные углеродные трубки, содержащие наночастицы железа. Было показано, что наночастицы хорошо визуализируются в организме человека методом магнитного резонанса. Исследователи наблюдали, как наночастицы концентрируются в опухоли, после чего нагревали их лазером, уничтожая злокачественное образование. Такой подход к лечению рака называется лазерной термотерапией, он основан на способности некоторых наночастиц (например, многослойных углеродных нанотрубок) эффективно поглощать энергию лазерного света и превращать ее в тепло. Основная проблема метода заключается в том, что, хотя опухоли хорошо видны на медицинских сканах, наночастицы обычно трудно визуализировать. После их введения в организм человека остается значительная неопределенность в их положении, а их нагревание, соответственно, может привести к уничтожению здоровых тканей пациента и нанести существенный вред его здоровью. Ученые из Университета Уэйк-Форест решили эту проблему введением наночастиц железа, обеспечивающих высокий магниторезонансный контраст, внутрь углеродных нанотрубок. По материалам ИнформНауки, http://strf.ru/inform.aspx 5


ПРОБЛЕМА

Нанодороги без дураков Пригодная для российских условий технология строительства дорог с использованием частиц резины, подвергающихся обработке методом высокотемпературного сдвигового измельчения, была разработана много лет назад в Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН и уже испытана на деле. Вместе с организаторами эксперимента участок дороги проверял корреспондент STRF.ru Игнат Соловей. расса М-10 Москва – Санкт-Петербург вызывает у тысяч водителей приступ нервной дрожи. Дело не в лихоимствующих автоинспекторах и не в жутких пробках около столиц, а в состоянии дорожного полотна. Казалось бы, самая загруженная и, с точки зрения некоторых российских граждан, самая главная дорога страны должна быть образцовой восьмиполосной магистралью. Но пока это остается мечтой. «Видали и похуже», скажут читатели и будут, к сожалению, правы. Но эта статья посвящена асфальту, с которым подобное может произойти в худшем случае лет через двадцать. Все дело в переработанной автомобильной резине, которая добавлена в состав дорожного покрытия. Почему именно автомобильная резина? А попробуйте найти другой материал, который без

Т

потери свойств выдерживает тяжелейшие нагрузки в огромном диапазоне температур на протяжении значительного времени. Снова слышу скептика: «Тоже мне, удивил. Американцы добавляют измельченные покрышки в асфальт уже не один десяток лет». Совершенно верно. Более того, первые попытки избавиться от отслуживших автопокрышек путем, образно выражаясь, превращения их в дорогу предпринимались еще сто лет назад — а тогда далеко не всякий автомобиль мог похвастаться резиновыми колесами — и в США, и в Европе, и в России. Первыми добились определенного успеха американцы в 1929 году, добавив измельченные в крупу покрышки в битум, являющийся вяжущим компонентом. Технология с тех пор совершенствуется, но принцип не меняется — в горячий битум добав-

Колея в Твери на объездной. Примерно то же самое — на мосту через Волгу и в нескольких других местах. Некоторые водители легковых машин стараются ее объехать, потому что есть риск «сесть» на днище

6

ляются достаточно крупные эластичные частицы резины, полученную массу перемешивают, добиваясь относительной однородности. Основных проблем у такого подхода два: во-первых, эти частицы даже под воздействием высокой температуры остаются достаточно крупными, от долей миллиметра до нескольких сантиметров, что под нагрузками от тяжелых грузовиков и автобусов приводит к разуплотнению покрытия. Во-вторых, требуется достаточно существенное изменение технологии производства асфальтовой смеси, что большинство асфальтобетонных заводов себе позволить не могут. Впрочем, в США проблем меньше не только из-за отсутствия общеизвестных российских традиций, но и потому, что в Северной Америке совершенно другой состав почв и другой климат – значительная часть дорог там находится в самой подходящей для асфальта климатической зоне. Технология, более пригодная для российских условий, была разработана много лет назад в Институте химической физики им. Семенова РАН. Суть ее в том, что частицы резины подвергаются обработке по оригинальному методу высокотемпературного сдвигового измельчения. В устройстве под названием «роторный диспергатор» частицы резины одновременно с измельчением до размеров в несколько десятков нанометров подвергаются моментальному нагреву и последующему охлаждению. Компания «Новый каучук», а точнее, ее подразделение «Уником», развила эту технологию до промышленных масштабов и запустила в 2004 году опытное производство модификатора «Унирем», который и придает дорож-

Ремонт дороги в районе 250-го километра

В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ПРОБЛЕМА

Вырубка пробы асфальта. Болгарка вгрызается в покрытие на глубину примерно в 7 сантиметров

ному покрытию самые замечательные свойства. Об особенностях «Унирема» вы можете прочитать в материале корреспондента STRF.ru Ивана Охапкина. Я же расскажу о практических результатах пятилетней эксплуатации участка дороги Москва — Петербург, которые группе журналистов на прошлой неделе продемонстрировали генеральный директор компании «Уником» Михаил Лернер и прессслужба корпорации «Роснано», а подтвердили специалисты Московского автомобильно-дорожного института. Выбор именно этого участка был продиктован в основном сроком его эксплуатации – пять лет. Кроме того, в такую погоду представителям СМИ с тяжелыми камерами куда лучше работается на воздухе посвежее московского, даже если сама процедура занимает меньше часа.

Первый этап проверки – забор небольшого куска покрытия. Далее замеряются коэффициент сцепления и глубина колеи. Владимир Борисов, старший преподаватель кафедры теоретической механики МАДИ, рассказывает о тележке для замера профиля дороги. Устройство разработано в МАДИ и оснащено двумя типами высокоточных датчиков ускорения и лазерным измерителем уровня, причем конструкция такова, что после двух лет эксплуатации без всякого ухода линзы лазера остаются чистыми. Колебания тележки не зависят от колебаний машины-буксира, которая может быть любой — из всего бортового оборудования только ноутбук со специальным программным обеспечением. Небольшая ямка, которая остается на месте забора пробы, засыпается и не причиняет водителям беспокойства.

Старшекурсники и аспиранты МАДИ замеряют коэффициент сцепления. Лапки измерителя под ударом груза разъезжаются на смоченном асфальте, имитируя ход колеса юзом на влажной дороге W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Михаил Лернер демонстрирует пробу асфальта. Внизу — старый слой обычного асфальта, где нагретый диск болгарки очистил щебень от битума. Выше — пятисантиметровый слой покрытия с «Униремом», где, несмотря на нагрузку, битум остался на щебне, что свидетельствует о глубоком проникновении и стойкости присадки

После тверской объездной результат замера колейности впечатляет: за пять лет, после проезда миллионов тяжелых фур, колея не колея – рейка и линейка показали 11 миллиметров, а глаза и того не увидели. Для справки, по ГОСТу допустимой колеей считается углубление в 20 миллиметров. Вот же она – дорога! Но…

ОСВОИТЬ НЕЛЬЗЯ СЭКОНОМИТЬ Вечером, накануне замеров, компания журналистов собралась у костра на берегу Валдайского озера для неформальной беседы, в ходе которой представителям «Уникома» и корпорации «Роснано», принимающей участие в финансировании проекта в части развития производства, НИОКР и разработки учебных программ, было задано множество вопросов. Самым главным был, с моей точки зрения,

Замер колейности при помощи рейки с прецизионным уровнем. Справа крупным планом — те самые 11 миллиметров

7


ПРОБЛЕМА

Владимир Борисов, старший преподаватель кафедры теоретической механики МАДИ, рассказывает о тележке для замера профиля дороги

один: если резиновые модификаторы — и «Унирем» в частности — так хороши, то почему же они не используются повсеместно? Ответ кроется не только в описанном еще Радищевым в этих же краях чиновном разгильдяйстве. Еще одна важная причина – Закон 94-ФЗ, по которому одним из главных критериев отбора поставщика для государственных и муниципальных заказов является стоимость закупки или производства работ, а стоимость эксплуатации закупленного имеет намного меньшее значение. Цена дорожного покрытия с «Униремом» на 5 процентов выше обычного, в эксплуатации оно ощутимо дешевле и служит многие годы куда дольше асфальта без присадок. У конкурентов ситуация похожая, с той лишь разницей, что технология «Уни��ома» не требует никаких изменений в технологии производства асфальта – на одном из этапов нужно засыпать модификатор в битум, причем без специального оборудования, достаточно бросить в бункер полиэтиленовые мешки – пленка

расплавится, а присадка распределится как положено при перемешивании битума. Это весьма важное отличие – «Унирем» можно применять даже на самых маленьких асфальтобетонных заводах контейнерного типа. Собственно, частные заказчики, к которым относятся и некоторые аэропорты, преимущества присадок оценили. Но заказчикам государственным нужно еще соблюдать требования 94-ФЗ. А если исполнять их буквально, то получается «числом поболее, ценою подешевле»: асфальт кладется быстро, нередко с нарушением стандартов и хорошо если большими участками. Полгода водители наслаждаются отличной дорогой, но стоит наступить зиме или лету, как история повторяется: зимой трещины и вспучивания, летом колея. Такая ситуация, как ни парадоксально, всех устраивает – чиновники «освояют» (возврат неиспользованных средств в госбюджет — дело наихлопотнейшее), ДРСУ и автосервисы загружены работой, а широким народным массам есть на что пожаловаться.

Не обманитесь непринужденными позами — двухчасовая дискуссия была исключительно интересной и продуктивной для всех ее участников

8

Замер профиля дороги

И глобальные изменения, увы, не так близки: на разбитых федеральных трассах дело ограничивается только пробными участками. Это при отсутствии проблем с сырьем, на «отлично» пройденных мыслимых и немыслимых экспертизах, действующем опытном производстве и спокойствии ФАС (конкуренты у «Уникома» есть). Несмотря даже на то что с недавних пор официально рекомендовано включать использование этой присадки в ТЗ на дорожные работы. Главная загвоздка, как всегда, в политической воле: пока не будет принято положение, по которому хотя бы для капитальных объектов будет учитываться совокупная стоимость владения и срок службы, – дороги долговечнее не станут. Впрочем, бывает, что позитивные изменения происходят по частной инициативе. В случае с дорогами всетаки тоже можно надеяться не только на указания сверху, но и на здравый смысл «на местах». Текст и фото: Игнат Соловей

Расширение трассы — увы, без «Унирема» В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ИНТЕРВЬЮ

Заявленному – верить! Больше года в Госкорпорации «Роснанотех» действует «открытое окно» для сбора заявок на финансирование проектов. Согласно официальной информации, за это время на рассмотрение поступило свыше 900 нанопредложений. аков научный уровень проектов, есть ли среди них такие, которые позволят осуществить амбициозные нанопланы? Какая роль в налаживании российской наноиндустрии отводится отечественным ученым? На эти и другие вопросы отвечает член Правления ГК «Роснанотех», руководитель направления экспертизы, профессор, доктор химических наук Сергей Калюжный.

К

Сергей Владимирович, прежде всего хотелось бы понять, что представляет собой экспертиза ГК «Роснанотех» и чем она отличается от аналогичных процедур других финансирующих организаций? — Перед нами стоят специфические задачи, они более сложные, чем, например, задачи научных фондов, которым требуется оценить главным образом новизну и оригинальность идеи или разработки. Мы – компания инвестиционная, занимаемся коммерциализацией научно-технических разработок в области нанотехнологий, поэтому экспертиза у нас комплексная и упрощенно распадается на две ветви: научно-техническую и инвестиционную. Первая должна дать ответ на три основных вопроса: относится ли проект к области нанотехнологий, насколько он научно обоснован и насколько технически реализуем. Вторая включает патентную, юридическую, маркетинговую, финансовую и другие составляющие. Еще один возможный этап – это производственнотехнологическая экспертиза, она выполняется в тех случаях, когда к нам обращаются за инвестициями на создание или расширение производства. Но первым делом заявки проходят научнотехническую экспертизу? — Именно так, при этом недостаточно качественные с точки зрения науки и техники заявки отвергаются без проведения инвестиционной экспертизы. W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Сергей Калюжный: «Мы хотим видеть нашими экспертами людей, которые профессионально разбираются в современном состоянии проблемы»

Как же устроен этот «фильтр», отсеивающий некачественные в научном отношении проекты? — Прежде всего, мы очень четко придерживаемся главного принципа: все три основных участника экспертизы (заказчик, организатор и исполнитель) должны быть различными субъектами. Заказчиком выступает соответствующее инвестиционное управление ГК «Роснанотех», которое нашему департаменту нужно уберечь от риска вложить деньги в некачественный проект. Сам департамент научно-технической экспертизы, который я возглавляю, является только организатором экспертизы, а исполнители – это внешние эксперты. Таким образом, реализован полный аутсорсинг научно-технической экспертизы, причем заявку ученых и инженеров оценивают не бюрократы типа меня (а в своей нынешней ипостаси я – бюрократ), а высококвалифицированные специалисты в соответствующих областях. Нанотехнологии объединяют множество научных направлений. Проблем с экспертами не возникает?

— Мы стараемся их находить и активно работаем в этом плане. Для вхождения в наш пул экспертов существуют определенные квалификационные требования, основанные на наукометрических показателях: индекс цитирования, индекс Хирша и некоторые другие. При этом мы обращаем внимание на продуктивность потенциального эксперта в последние пять-семь лет и взаимодействуем только с теми специалистами, которые сегодня реально занимаются наукой и техникой. ГК «Роснанотех» активно работает в этом направлении и с российской научно-технической диаспорой, и с зарубежными учеными. Мы хотим видеть нашими экспертами людей, которые профессионально разбираются в современном состоянии проблемы и имеют прозрачные и общественно понятные подтверждения своей квалификации. На состоявшейся в начале апреля рабочей встрече председателя Правительства РФ Владимира Путина с главой ГК «Роснанотех» Анатолием Чубайсом (ее стенограмма опубликована на правительственном сайте www.government.ru) были озвучены такие цифры: за год в корпорацию поступило чуть больше 900 заявок на финансирование, но 90 % из них – откровенно плохие. На сегодняшний день утверждены всего «штук 10» проектов. В чем тут проблема? Почему столь низкое качество у поступающих заявок? — Тут требуется разъяснение: эти 900 заявок можно разбить на три группы. Первая – это так называемые обращения, суть которых довольно проста: «Есть отличная идея, дайте денег», — и излагается в краткой произвольной форме. Вторая группа – это «предложения», содержание которых изложено на нескольких страницах, но заявка оформлена не по той форме, которая принята в корпорации, не содержит бизнес-плана, в ней нет четкой ориентации на конечный продукт. Эти предложения поступают от ученых, малых предприятий, внедренческих фирм, к ним мы относимся более предметно. Всем написавшим мы предлагаем переоформить документы. Наконец, третью группу заявок – сегодня их примерно 300 (многие из них получились в том числе и из первичных обращений и предложений) – составляют те, в которых раскрыты интересующие нас вопросы, присутствует научнотехническая составляющая, обозначена интеллектуальная собственность, отражены представления авторов о рынке, маркетинге, присутствует бизнес-план. С заявками третьей группы мы работаем очень плотно, но они тоже имеют разную степень подготовленности. 9


РОСНАНОТЕХ Из этих 300 в активной проработке сегодня находятся примерно 180 заявок, по которым идет или уже закончена научно-техническая экспертиза и проводится инвестиционная. Если посмотреть статистику, то за год ко мне на научнотехническую экспертизу поступило 203 заявки. Из них 44 отклонены на ранней стадии рассмотрения — там нет аргументации, недостаточно материалов для того, чтобы отправить их на внешнюю экспертизу, то есть это либо очень глубокие НИР с непонятными внедренческими перспективами, либо просто фантазии. Вы не отслеживаете судьбу этих «глубоких НИР», не предлагаете их авторам прийти вновь? — Предлагаем! Вот вам пример: часто к нам поступают проекты, фактически представляющие планы научноисследовательской работы НИИ. Сформулированы они, конечно, как-то по-другому, но в принципе там четко виден план НИР института. Мы говорим: то, чем вы занимаетесь, интересно, но давайте из этого громадья тем выберем одну-две разработки, которые у вас лучше всего проработаны, и на их основе сформулируем один или несколько внедренческих проектов. Некоторые институты соглашаются, вычленяют наиболее ударную тематику и с нашей помощью начинают работать по ней, чтобы получился интересный проект. В чем заключается ваша помощь – людей специальных для консультаций выделяете? — Все заслуживающие внимания проекты распределяются по инвестиционным командам, в которых работают инвестменеджеры и инв��ст-аналитики. Они проводят консультации, ориентируют авторов, как можно из их заявок сделать проекты. Дело в том, что, невзирая на все громкие слова, которые часто приходится слышать, в стране не так много хороших проектов: общий уровень науки снижается, она стареет и так далее. Еще одна проблема заключается в том, что мы совершенно разучились работать большими научными коллективами. Идет фактическое раздробление институтов на довольно мелкие группы: по два, три и пять человек. Если в лаборатории 10 сотрудников, то завлабу уже трудно «прокормить» такую команду. А коллективы из двух-трех ученых проблему внедрения не решат. Поэтому корпорация пытается играть роль некоего интегрирующего начала. Институтам или относительно небольшим организациям, которые к нам обращаются, мы советуем: вы заявляете такую глобальную тему, а работают по ней всего два-три человека, надо 10

бы умножить усилия, перспективы-то неплохие! Я считаю, что для российской науки сейчас очень важен этап консолидации. Потому что практика мелкотемья, когда каждый или умирает в одиночку, или выживает как может (часто хватаясь за любые заказы), – это дорога в никуда. Согласна, давайте вернемся к цифрам. — Положительное заключение научнотехнической экспертизы ГК «Роснанотех» в настоящее время получили 62 проекта. Часть из них уже прошла инвестиционную экспертизу, остальные проходят. Свое слово в отношении них должны сказать еще два внешних органа, помогающие нам в работе, это Научнотехнический совет, который принял положительное решение уже по 25 проектам, и Комитет по инвестиционной политике (он одобрил 12). В НТС входят 19 человек – это академики, представители крупных конструкторских бюро, внедренческих компаний, государственных органов, которые имеют большой опыт в организации науки. В Комитете по инвестиционной политике 11 человек: крупные бизнесмены, банкиры, представители экономических ведомств Правительства РФ. Для принятия окончательного решения нам требуется их рекомендация. Оба этих органа рассматривают заявки независимо от нас, анализируют их перспективы как по части науки и техники, так и в отношении финансов, инвестиций, маркетинга. А окончательный вердикт выносит Наблюдательный совет ГК «Роснанотех». Таким образом, положительное решение сегодня принято по 12 проектам. Немного, хотя понятно, что такую тщательную и длительную процедуру проверки пройти нелегко. — Процесс экспертизы по проекту стандартно занимает 183 дня. Но не всегда эти сроки выдерживаются, причем не по нашей вине. Мы боремся за высокое качество, поэтому от заявителя требуется совместная с нами работа, конструктивное отношение: часто мы просим предоставить недостающие сведения, факты, аргументы, провести дополнительные исследования. Не всегда и не все заявители адекватно к этому относятся. Сейчас перед нами поставлена задача: выносить на утверждение Наблюдательного совета корпорации начиная с июля примерно по пять проектов в месяц. Думаю, справимся, ведь у нас образовался определенный «задел». Как я уже говорил, есть 62 положительных решения по научно-технической экспертизе, из которых окончательно утверждены только 12.

Не могли бы вы рассказать о тематике наиболее удачных проектов? — Если посмотреть на мировое производство нанопродукции, то, несмотря на то что наиболее громко говорится об электронике, 76 % рынка составляют наноструктурированные материалы. Это понятно, потому что человечество хочет иметь новые материалы, например более легкие и прочные. Поэтому нанотехнологии, направленные на получение новых свойств материалов, развиваются весьма и весьма успешно. Мы тоже рассматриваем такого рода проекты, многие из них – чисто потребительского свойства. Возьмем упаковку. Потребитель хочет иметь не алюминиевую фольгу, а некую прозрачную пленку, которую можно поместить в микроволновую печь и которая обладает высокими барьерными свойствами (практически не допускает проникновения кислорода, влаги). Сейчас мы рассматриваем целый кластер проектов, связанных с упаковкой, в том числе изготовленной с использованием интеркаляции, внедрением между слоями полимеров различных глин, за счет чего барьерные свойства увеличиваются в десятки раз. При этом пленка остается прозрачной. Есть ряд проектов, связанных с разработкой новых композитных материалов для авиации. Они должны быть одновременно легкими, прочными и термостойкими. В этом плане интересны препреги, которые получают путем пропитки волокнистой основы полимерными связующими. Другими словами, это специальная ткань, из которой достаточно легко формируются любые детали самолета. Следующая группа проектов связана со светодиодами. Они обладают очень важным преимуществом: КПД использования электроэнергии и превращения электрической энергии в свет у них существенно выше, чем у традиционных ламп накаливания. Поэтому сегодня во многих странах в рамках программ по энергосбережению принимаются законодательные решения, запрещающие уже через несколько лет производство обычных ламп накаливания. В России мы тоже пытаемся двигаться в этом направлении: уже созданы светильники, фонарики, наружная реклама, светофоры на светодиодах. Правда, пока они достаточно дороги. Еще один круг вопросов связан с электроникой, энергетикой. Многие страны, несмотря на то что нефть сейчас подешевела, пытаются диверсифицировать источники энергии и все большее внимание уделяют возобновляемым. Так, в США и Европе активно развивают солнечную энергетику (фотовольтаику). Разработки в этом направлении полуВ М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ИНТЕРВЬЮ чают государственное финансирование. Согласно европейской стратегии, к 2020 году 20 % всей потребляемой энергии в Евросоюзе будет производиться возобновляемыми источниками, среди которых солнце играет главную роль (за ним идет биомасса). У нас в этой области тоже имеются заделы, потому что прежде направление, связанное с фотовольтаикой получало приличное государственное финансирование, было востребовано космической отраслью, оборонными заказчиками. НПО «Квант» и НПО «Сатурн» до сих пор выпускают фотоэлементы для всех космических аппаратов, преобразование энергии в них идет на наноразмерных полупроводниках. Сейчас активно развиваются технологии так называемых тонких пленок, мы планируем построить завод по их выпуску в России. Потребители смогут размещать их на крышах домов и таким образом получать автономную электроэнергию. Многое из того, что вы перечислили, — разработки не последнего времени. Некоторые были предложены еще учеными СССР. В дальнейшем поток внятных предложений, поступающих через «открытое окно» ГК «Роснанотех», может совсем иссякнуть и останутся только малопригодные «обращения» и «предложения». Что будете делать? — Давайте по порядку. Действительно, в течение года мы собирали заявки на финансирование в режиме «открытого окна». В первую очередь это было организовано потому, что нам нужно было познакомиться с «поляной», понять, что интересного есть в стране в области наноразработок. И в этом смысле принцип работы «открытого окна» оказался полезен и нам, и заявителям. Однако заявки, поступающие к нам самотеком, дают не полный взгляд на «поляну», ведь часто их пишут люди инициативные, энергичные по жизни, но... не всегда адекватно оценивающие свои усилия и достижения. Среди них есть, например, «мечтатели», которые еще 20 лет назад предлагали качать энергию из космоса или из вакуума, а их никто не понимал. Теперь они рассчитывают, что новые начальники из ГК «Роснанотех» разберутся и оценят... Но бывают и солидные институты и организации, у которых есть заделы, которым не хватает денег или требуется наш интеллектуальный потенциал для формирования проекта, его ориентации на рынок. Таких заявок, к сожалению, недостаточно, и мы это понимаем. Сейчас перед корпорацией поставлена задача более активно участвовать в формировании научно-технической политики в стране. К концу года мы рассчитываем постепенно перейти от «самотека» к созданию так называемых W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

кластерных проектов. Мы, например, видим, что для строительства заводов по производству фотоэлементов в России нет необходимого машиностроения, поэтому, вероятно, будем объявлять конкурс на изготовление соответствующего оборудования. Точно так же оказалось, что у нас нет производства чистых газов, которые требуются для электроники. К примеру, многие проекты по преобразованию солнечной энергии основаны на кремнии. В самом производстве кремния никаких нанотехнологий нет. Но это сырье, на котором основана промышленность более высокого уровня. Поэтому мы профинансировали проект по производству поликремния, который позволит производить его в количестве 3600 тонн в год. В основном это сырье пойдет на экспорт для более тонких технологических переделок. Но если в стране начнут строиться фабрики по производству фотоэлементов, то поликремний переориентируется на внутренний рынок. Таким образом, мы думаем о создании технологических кластеров и подъеме целых отраслей промышленности. В этом ��лане нам потребуются новые НИОКР, НИР, мы начнем объявлять специализированные конкурсы, направленные на повышение конкурентных преимуществ востребованных потребителем продуктов. Про конкурсы нашим читателям узнать очень интересно. Можно поподробнее? — Мы еще не разработали документацию, но решение по этому поводу есть, мы видим такую необходимость. Конкурсы могут быть организованы по-разному, например не только на наши деньги, но и совместно с Роснаукой. Как конечный потребитель мы будем заказывать НИОКР, поисковые исследования. Мы готовы даже выступать интеграторами: формировать коллективы ученых, КБ, малые предприятия, — потому что одна научная группа, как я уже говорил, крупных проблем не решит. Когда планируете начать? — В этом году разработаем подходы, а в следующем начнем. Дело в том, что сейчас мы финансируем компании с относительно готовыми технологиями, то есть деньги направляются на строительство, поставку оборудования, монтаж. Нам нужно завершить этот этап, создать точки роста, вокруг которых будут концентрироваться усилия, а дальше у этих новых компаний появятся явно выраженные потребности, о сути которых сейчас мы можем только догадываться. Мы не чураемся и того, чтобы покупать за рубежом лицензии на техноло-

гии и организовывать производство в России. Так было в 1930-е годы, когда в стране разворачивали тяжелую промышленность, завозили импортное оборудование, а это, в свою очередь, вызвало бешеный рост науки, образования, потребовались рабочие высокой квалификации. Аналогичная ситуация складывается сейчас вокруг наноиндустрии. Но как ученый вы же понимаете, что наноиндустрия основана в первую очередь на фундаментальных разработках. Собираетесь ли вы обратить внимание на лаборатории, молодых ученых? — Конечно. У нас подписаны соглашения с РАН, МГУ, другими научными центрами, они сейчас наполняются конкретным содержанием. Речь идет, в частности, об организации совместных нанотехнологических центров, так называемых нанофабов, в которых будут лаборатории, технологические помещения, центры коллективного пользования, бизнесинкубаторы, центры трансфера технологий. Мы хотим на примере таких нанофабов выстроить цепочку от фундаментальной науки к конечному потребителю. Но, будучи прагматиками и имея ограниченные финансовые ресурсы, мы не можем финансировать абстрактную науку или абстрактных молодых ученых. Мы вкладываем средства в содержательные проекты, которые способствуют выполнению нашей миссии и главной цели: к 2015 году в стране должно быть выпущено нанопродукции на 900 миллиардов рублей, треть из этого количества – с участием ГК «Роснанотех». Пока достигнута отметка в 5–10 миллиардов рублей. Таким образом, до подведения итогов осталось шесть лет и 290 миллиардов. Успеете? — В отличие от многих других участников инновационного рынка мы не побоялись с самого начала объявить о своих намерениях и озвучить конкретные цифры. Теперь отступать нам некуда, заявленные цели должны быть достигнуты. Светлана Беляева, «Наноскоп» Газета научно-образовательного сообщества «ПОИСК» (www.poisknews.ru) регулярно публикует специальный выпуск – «Наноскоп», посвященный различным аспектам развития нанотехнологической отрасли России, в частности проблемам создания Национальной нанотехнологической сети. Свое мнение о проблемах в этой области на страницах «Наноскопа» высказывают представители министерств и ведомств, Российской академии наук, РОСНАНО, научных центров, университетов, бизнеса и промышленности. 11


ФОРСАЙТ

rowens27, Creative commons license

Какие материалы нужны энергетике

В середине ноября 2009 г. специалисты ОАО «ВНИИНМ» завершили разработку дорожной карты по направлению «функциональные материалы для энергетики» с горизонтом планирования до 2025 г. Мы публикуем выдержки из пояснительной записки к этому документу. орожная карта – это прогноз, который определяет, как будут развиваться технологии или внедряться продукты какой-либо отрасли на определенном временном отрезке. Как правило, такой прогноз вырабатывают на ближайшие 10–15 лет. Согласно Федеральной целевой программе «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы» за ВНИИНМ – Высокотехнологическим научно-исследовательским институтом неорганических матер иало в им. ака д е м и к а А . А . Б оч вара – утвердили статус головной организации Национальной нанотехнологической сети по направлению «функциональные наноматериалы для энергетики». В связи с этим этой организации поручили разработать дорожную карту данного отраслевого сегмента до 2025 г. Эксперты института проанализировали все известные в мире наноматериалы с точки зрения их применимости для энергетики. Они также изучили спрос

Д

12

на эту группу материалов, существующий со стороны российской энергетики. В результате они создали прогноз в виде дорожной карты, в которой показали, когда в ближайшие 15 лет на нашем энергетическом рынке появятся те или иные наноматериалы.

ТИПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Ядерная энергетика обеспечивает более одной шестой части всемирного потребления электричества. Современные атомные электростанции (АЭС) демонстрируют высочайшую надежность и эффективность. Тепловая мощность современных ядерных энергетических реакторов достигает 5 ГВт. По спектру нейтронов ядерные реакторы делятся на:  реактор на тепловых нейтронах («тепловой реактор»);  реактор на быстрых нейтронах («быстрый реактор»);  реактор на промежуточных нейтронах;  реактор со смешанным спектром.

В традиционных, распространенных в настоящее время тепловых реакторах реализуется однократный топливный цикл, уран сжигается в реакторе единожды, после чего радиоактивные отходы направляются в глубокие подземные могильники. В более длинном замкнутом цикле можно повторно использовать все трансурановые элементы, например в быстрых реакторах. В результате устраняются почти все долгоживущие компоненты — и проблема радиоактивных отходов практически снимается. Однако для реализации и широкого внедрения в энергетику быстрых реакторов необходимо завершение целого ряда исследований по созданию конструкционных и функциональных материалов. В данной области прогресс возможен главным образом при использовании наноструктурированных материалов. В настоящее время электричество, вырабатываемое на АЭС, несколько дороже электричества, вырабатываемого на новых газовых или угольных электростанциях, и достигает 6.5 центов/кВт·ч. При увеличении числа новых АЭС реально ожидать снижения стоимости до 6.0 центов/кВт·ч. Атомная энергия уже станет экономически выгодной, если за выбросы углерода придется платить. Так, при налоге в 200 долл. США за 1 тонну углерода цена «угольного» электричества достигнет 9 центов/кВт·ч. К ядерной энергетике будущего относится и термоядерная энергетика, в которой реализуется не энергия деления ядер, а энергия их слияния. В качестве топлива для реакторов синтеза используют изотопы водорода – дейтерий и тритий. В настоящее время строят крупнейший экспериментальный термоядерный реактор типа токамак со сверхпроводящей магнитной системой. Создание промышленных реакторов термоядерного синтеза планируют начать в 2020 —2030-х годах, когда будут получены первые положительные результаты этого проекта. Другая область энергетики, где требуются новые материалы, – возобновляемые источники энергии, или ВИЭ. К ним относят: гидро-, солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии, энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской воды, разности температур между воздушной массой и океаном, тепла Земли, биомассу животного, растительного и бытового происхождения. В данном случае запасы топлива можно считать практически неисчерпаемыми. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ФОРСАЙТ

ТАБЛИЦА | Дорожная карта «Функциональные наноматериалы для энергетики» Направление

Мегапроект

Проект

Процесс

Тепловые реакторы

Ядерная энергетика

Быстрые реакторы

Термоядерные реакторы Генерация электроэнергии Солнечная энергетика Возобновляемые источники энергии ВИЭ

Ветроэнергетика

Прочие ВИЭ (гидро-, водородный, био- и др.)

Углеродная энергетика

2010−2025

Конструкционные материалы для быстрых реакторов, ДУО стали

2009−2025

Коррозионностойкие в расплавах металлов материалы

2011−2025

Сенсоры и системы управления и безопасности

2010−2025

НТСП сверхпроводники для работы в полях 15−16 Тл

2011−2020

ВТСП сверхпроводники для токовводов

2010−2024

Радиационностойкие и жаропрочные V-Ti-Cr-сплавы

2009−2025

Высокопористые Be-материалы

2009−2022

Нанотрубки и др. элементы для фоточувствительного слоя

2009−2024

Многослойные материалы для конденсоров панелей

2010−2022

Грязезащитные нанопокрытия солнечных батарей

2011−2018

Композитные графитные материалы для лопастей турбин

2012−2019

Магнитные высокоэнергетические нанопласты для генераторов

2009−2015

Оксидные электролиты

2011−2023

Наноструктурные коррозионностойкие материалы электродов

2011−2024

Угольная

Интерметаллидные и керамические высокотемпературные материалы

2010−2020

ВТСП 2-го поколения на основе YBCO

2009−2025

��ТСП вводы и выводы энергии

2009−2022

Индуктивные накопители СПИН

2010−2016

Маховиковые ВТСП накопители на магнитных подшипниках

2010−2017

Композиционные наноструктурные Cu-Nb (Fe, фуллерены, нанооксиды)

2009−2025

Наноструктурные квазикристаллические и др. покрытия

2012−2018

Провода на основе Al

Композиционные наноструктурные Al-Fe (фуллерены, нанооксиды)

2011−2025

Трансформаторы

ВТСП трансформаторы на основе YBCO и MgB2

2012−2025

Токоограничители

ВТСП токоограничители на основе YBCO

2010−2018

Силовая электроника

Композитная керамика, многослойные покрытия

2011−2025

Материалы светочувствительного слоя

2009−2025

Материалы проводящих и защитных покрытий

2010−2017

Провода на основе Cu

Элементная база электроники СП двигатели, генераторы

Анализируя энергетику на основе ВИЭ, следует особо отметить быстрое развитие солнечной энергетики. В настоящее время вклад в мировую энергетику солнечных батарей мал, тем не менее он демонстрирует чрезвычайно высокий устойчивый рост. Уже в 2010 г. мощность установок на фотоэлементах достигнет 3.2–3.9 ГВт, а выручка производителей составит 18.6–23.1 млрд долл./год. Когда установленные мощности фотоэлементов в мире удваиваются, цена электричества, производимого солнечной энергетикой, падает на 20–30 %. В настоящее время минимальные цены на фотоэлементы (на начало 2007 г.) составляли: монокристаллические W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

2009−2024

Топливо для быстрых реакторов, модифицированное нанодобавками

2010−2025

Энергосберегающее освещение

Энергосберегающие механизмы

2010−2022

Сенсоры и элементы систем управления и безопасности

2009−2019

Светодиоды Потребление электроэнергии

Наноструктурные Hf-сплавы с повышенным комплексом свойств

Покрытия на газовых турбинах

ВТСП-накопители

Коммутирующие согласующие и регулирующие устройства

2010−2018

Газовая

ВТСП-кабели

ЛЭП повышенной надежности

2009−2018

Наноструктурные Zr-сплавы с повышенной коррозионной стойкостью

Нанопористые мембранные материалы, фильтры

ЛЭП сверхпроводящие

Передача электроэнергии

Сроки

Топливо для тепловых реакторов, модифицированное нанодобавками

Конденсаторные порошки Nb, Ta

2009−2018

Микромагниты

2009−2024

ВТСП обмоточные материалы роторов и статоров

2012−2025

ВТСП постоянные магниты

2012−2024

кремниевые — 4.30 долл./Вт установленной мощности; поликристаллические кремниевые — 4.31 долл./Вт установленной мощности; тонкопленочные — 3.0 долл./Вт установленной мощности. Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40–50 % состоит из стоимости кремния. В последнее время с развитием наноматериалов появляется возможность резкого повышения КПД солнечных батарей, а также решения ряда практических вопросов их применения – использования концентраторов падающего на поверхность фотоэлементов излучения, исключения загрязнений поверхности путем нанесения специальных наноструктурных гидро-

фобных грязезащитных покрытий. Особой перспективностью отличаются наноструктурные материалы с заданной молекулярной структурой (например, титановые нанотрубки), позволяющие увеличить светопоглощающую способность в 10 раз. В настоящее время стоимость энергии, вырабатываемой лучшими установками, составляет 5–6 центов/кВт·ч. Ветровая энергетика развивается не менее активно, чем солнечная. Так, в конце 2008 г. общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 ГВт, увеличившись вшестеро с 2000 г. Технический потенциал ветровой энергии в России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год. 13


ФОРСАЙТ Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, т.е. около 30 % производства электроэнергии всеми электростанциями России. Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7–14 км) примерно в 10–15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселенными территориями (например, городами), без ущерба для хозяйственной деятельности. При этом необходимо эффективно передавать электроэнергию по кабелям, обладающим высокой удельной прочностью при сохранении высокой электропроводности, что может быть решено разработкой наноструктурных проводниковых материалов. Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра и колеблется от 4.8 цента/кВт·ч при скорости ветра 7.16 м/c до 2.6 цента/кВт·ч при скорости ветра 9.2 м/с (для США, 2004 г.). При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла 38 центов/кВт·ч. Уже в марте 2006 г. Earth Policy Institute сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электро энергию, производимую из традиционных источников. Водородная энергетика также обладает высоким потенциалом. Ее преимущество – двигатели нового типа, загрязняющие окружающую среду меньше, чем двигатели внутреннего сгорания в автомобилестроении. Основной элемент топливной батареи, на которой основан водородный двигатель, – это мембрана, отделяющая водород от кислорода. На одной ее стороне в присутствии катализатора происходит разделение атомов водорода на электроны и протоны, которые проходят через мембрану и соединяются с атомами кислорода. Другая ключевая деталь топливных элементов – это катализатор, включая высокотемпературный катализатор для термохимических процессов. Несмотря на многолетние исследования, до сих пор не разработаны все детали термодинамических подходов к созданию экономичных топливных 14

элементов, позволяющих реализовать термохимический электролиз воды. Также до сих пор остаются нерешенными проблемы хранения водорода – в виде криогенной жидкости, гидридов металлов, в адсорбированном состоянии. Здесь необходим широкий спектр материаловедческих работ, чтобы создать наноструктурированные материалы с требуемыми свойствами. Перспективны исследования полностью твердофазных оксидных топливных элементов на основе стабилизированной иттрием керамики ZrO 2 . Исследования здесь ведутся в направлении разработок более тонких, плотных и однородных электролитных микроструктур. Здесь делают ставку на технологии порошковой металлургии – высокоэнергетический механохимический синтез в сочетании с плазмоискровым спеканием.

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СОЗДАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ Общая проблема для рассмотренных типов генерирующих энергоустановок, независимо от их масштаба, – это передача вырабатываемой энергии потребителю. Вопросы передачи электроэнергии и создания энергосети становятся все более актуальными в связи с вводом в строй принципиально различных генерирующих устройств. В настоящее время до 25 % вырабатываемой электроэнергии тратится на пути от генерирующих энергоустройств к потребителю. Это связано с тепловыми потерями при протекании по линиям электропередач (ЛЭП) вследствие омического нагрева. Потери обусловлены необходимостью согласования напряжения при генерировании электроэнергии, ее передаче по высоковольтным линиям и при понижении напряжения при доводке электроэнергии до конечного потребителя. На этой стадии используют большое количество трансформаторов, переключателей, устройств сильноточной коммутационной электроники, предохранительных устройств различного типа. Каждое из этих устройств вызывает непроизводительные потери электроэнергии. Кроме того, данная система передачи и распределения электроэнергии с подключением большого количества потребителей обладает трудно устранимыми недостатками, приводящими к случайным колебаниям качества электроэнергии, и относительно высокой степенью возможности появления аварийных ситуаций. Инновационных решений требу-

ет разработка материалов, имеющих более высокую электропроводность и высокую прочность, а также разработка новых технологий аккумулирования электроэнергии, ее коммутации и преобразования. В данном направлении безальтернативным представляется использование сверхпроводящих линий электропередач на основе наноструктурированных высокотемпературных сверхпроводников 2-го поколения, разработка и создание промышленного класса сверхпроводящих индукционных и маховиковых накопителей электроэнергии, разработка и внедрение сверхпроводящих токоограничителей. Для традиционных ЛЭП необходимо использовать наноструктурированные высокопрочные высокоэлектропроводные композиционные материалы на основе меди и алюминия. Повышение энергоэффективности потребления электроэнергии связано с разработками новых устройств и материалов, среди которых в первую очередь можно отметить разработку высокоэффективных диодных осветительных устройств, основанных на применении наноструктурных материалов. Новые осветительные приборы должны найти применение в жилищно-коммунальном хозяйстве и в промышленности. Разработанная дорожная карта развития «Функциональные наноматериалы для энергетики» (см. таблицу) подразумевает существование трех основных глобальных процессов (мегапроектов): 1) ра з ра бо тк а н а н омат ериал ов для генерации электроэнергии; 2) ра з ра бо тк а н а н омат ериал ов для передачи электроэнергии; 3) ра з ра бо тк а н а н омат ериал ов для потребления электроэнергии. Данные мегапроекты целесообразно разбить на проекты в зависимости от типов и направлений ключевых технологий, использующих те или иные наноструктурные материалы. Внутри проектов реализуются подпроекты и процессы разработки материалов, процессы проведения НИОКР, разработки опытно-промышленных технологий, организации промышленных производств, широкого внедрения в энергетику. Материал предоставлен д.т.н. В.И. Панцырным, ОАО ВНИИНМ Подготовил Дмитрий Чулкин «Российские нанотехнологии», № 11–12, 2009 г. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ОПТИКА

Наноплазмоника Благодаря успехам в производстве и визуализации металлических и полупроводниковых наночастиц быстро развивается новая область нанотехнологий – наноплазмоника. О ее перспективах и достижениях рассказывает доктор физикоматематических наук Василий Климов. 1

3

2

m

4

РИСУНОК 1 | Примеры некоторых наночастиц, для которых разработаны эффективные методы синтеза. 1 – серебряные кубики со стороной 175 нм; 2 – нанокольцо из окиси цинка; 3 – кристаллы окиси цинка в форме тетраподов; 4 – кластеры из двух наносфер

аноплазмоника изучает явления, связанные с колебаниями электронов проводимости в металлических наноструктурах и наночастицах (рис. 1) и взаимодействием этих колебаний со светом, атомами и молекулами, c целью создания сложных оптических устройств. Плазмонные колебания в наночастицах (рис. 2) существенно отличаются от электромагнитных волн, распространяющихся по поверхности металла («поверхностных плазмонов»). Именно эти колебания, которые называют локализованными плазмонами, являются основой всех приложений наноплазмоники.

Н

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Важнейшая черта явлений в наноплазмонике заключается в комбинации сильной пространственной локализации электронных колебаний с их высокой частотой (в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного). В свою очередь, сильная локализация приводит к гигантскому увеличению локальных оптических и электрических полей. И, наконец, свойства локализованных плазмонов критически зависят от формы наночастиц, что позволяет «настраивать» их систему резонансов на эффективное взаимодействие со светом или элементарными квантовыми системами (молекулы, квантовые точки).

Д. ф.-м. н. Василий Климов работает в Физическом институте им. Лебедева РАН в секторе теории взаимодействия излучения с веществом. В 2009 г. в издательстве «Физматлит» вышла его книга «Наноплазмоника». Эти важнейшие свойства плазмонных наночастиц уже позволили обнаружить целый ряд новых эффектов. Прежде всего, гигантские локальные поля вблизи наночастиц приводят к увеличению сечения комбинационного рассеяния на 10–14 порядков, что позволяет говорить о возможности наблюдения отдельных молекул. Эти же локальные поля могут привести к разработке методов определения структуры ДНК без прикрепления к ним флюоресцентных маркеров. Используя сложную структуру спектров плазмонных наночастиц, можно одновременно усиливать как поглощение, так и испускание света ими и, таким образом, создавать эффективные флуорофоры и наноразмерные источники света (и даже нанолазеры). Помимо этих новых приложений, основанных на физике плазмонных наночастиц, использование достижений наноплазмоники позволяет существенно увеличить отношение эффективность-стоимость, например, в солнечных батареях и светоизлучающих диодах. И, наконец, считается, что наноплазмоника позволит создать новую элементную базу для компьютеров и устройств обработки данных за счет использования малых размеров металлических наноструктур и оптического быстродействия происходящих в них процессов. Сами по себе элементы полупроводниковых устройств могут иметь и очень малые размеры (в процессорах Intel уже используются технологии 65 нм), и высокие частоты функционирования, однако соединение этих элементов электрическими проводниками приводит к ограничениям частоты функционирования, связанным с неустранимым выделением в проводниках тепла. С другой стороны, фотонные устройства (оптоволоконная техника) имеют высокие (оптические) частоты функционирования, но при этом их физические размеры слишком велики для наноустройств. Использование вместо проводников наноплазмонных волноводов позволит устранить эти проблемы и повы15


ОПТИКА

РИСУНОК 2 | Различные фазы свободных колебаний электронов относительно кристаллической решетки в плазмонной наночастице. 1 – электроны не смещены относительно решетки. 2 – под действием импульса света электроны сместились влево от кристаллической решетки. Возникающая сила притяжения между зарядами разного знака (стрелка на 2) приводит к возвращению электронов в положение равновесия (3), но силы инерции приводят к тому, что электроны пролетают положение равновесия и оказываются справа от кристаллической решетки частицы (4), где на них снова действует возвращающая сила притяжения кристаллической решетки, и т.д.

сить частоты функционирования компьютеров и других устройств (рис. 3). Еще одним важным применением наноплазмоники является создание метаматериалов, т.е. искусственных материалов, в которых место обычных атомов занимают плазмонные наночастицы или наноструктуры специально подобранной формы. Иногда такие частицы называют «искусственными атомами» или «плазмонными атомами». Такие метаматериалы обладают свойствами, которыми принципиально не могут обладать естественные материалы. Например, плазмонные метаматериалы могут иметь не только отрицательную диэлектрическую проницаемость (как в обычных благородных

металлах), но и отрицательную магнитную проницаемость. Комбинация этих свойств приводит к возможности создания оптических устройств (наноскопов), в которых, в отличие от обычных микроскопов, не существует т.н. дифракционного предела и можно увидеть объекты размером в несколько нанометров. На основании плазмонных метаматериалов также разрабатывается концепция т.н. покрытия-невидимки («плаща-невидимки»). Это метаматериал с такими распределениями электрических и магнитных свойств, что все лучи света будут обходить некоторый объем без рассеяния и отражения и, следовательно, любой объект, помещенный внутрь этого

объема, будет казаться невидимым для стороннего наблюдателя (рис. 4). Наноплазмоника — очень молодая наука, и далеко не все ее законы в настоящее время понятны, что приводит к возникновению самых различных парадоксов. В частности, если вблизи слоя метаматериала с одновременно отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями поместить точечный источник света, например излучающий атом, то в зеркально симметричной относительно поверхности точке необходимо одновременно поместить поглощающий излучение атом, т.е. атомы в такие системы можно помещать только парами. Существование такого рода парадоксов позволяет

РИСУНОК 4 | Покрытие-невидимка. Вокруг скрываемого объекта размещается слой метаматериала специальной формы и, главное, со специально подобранными распределениями диэлектрической и магнитной проницаемостей. Все лучи света обходят скрываемый объект, который кажется невидимым

быть уверенным, что эту нанонауку ждет большое будущее. Интересно, что во многих основополагающих работах по наноплазмонике в числе авторов фигурируют русские имена: Владимир Шалаев, Анатолий Заяц, Николай Желудев, Сергей Божевольный, Игорь Смолянинов, Михаил Ногинов и многие другие. Печально, но все они работают вне России. В России наноплазмоника развивается в основном в области теории (группа Климова, ФИАН), хотя и у нас созданы технологии производства плазмонных наноструктур, которые в дальнейшем станут основой устройств самого различного назначения (группа Балыкина, ИСАН).

РИСУНОК 3 | Место наноплазмонных устройств среди устройств, основанных на других технологиях. Фотонные устройства имеют высокие частоты функционирования, но их размеры слишком велики для наноустройств. Современные полупроводниковые устройства имеют слишком малые частоты функционирования из-за выделения тепла в соединительных проводниках. Устройства, основанные на принципах наноплазмоники, лишены этих недостатков

16

Работа поддержана РФФИ (гранты № 09-02-13560, 07-02-01328) и президиумом РАН. «Российские нанотехнологии», № 9-10, 2009 г. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


НАНОМЕДИЦИНА

и перспективы их применения в биологии и медицине

marenkg

Углерод является уникальным в своем роде элементом. В зависимости от типа, силы и количества связей он может образовывать множество соединений с различными физическими и химическими свойствами. До 1985 года было известно всего три аллотропных формы углерода: алмаз, графит и карбин.

РИСУНОК 1а | Здание биосферы в Монреале (архитектор Бакминстер Фуллер)

ткрытие молекулы фуллерена было случайностью. Гарольд Крото, астрофизик по спе��иальности, изучал межзвездную пыль, представляющую собой длинноцепочечные молекулы полиенов (соединений, содержащих в молекуле не менее трех изолированных или сопряженных связей C=C), формирующиеся из красных гигантских звезд. Ричард Смолли и Роберт Керл примерно в это же время разработали метод анализа атомных кластеров, образующихся при облучении лазером с использованием масс-спектрометрии. Именно это и требовалось Крото для исследования образования цепочек полиенов. В сентябре 1985 года Гарольд Крото, Роберт Керл и Ричард Смолли при изучении масс-спектров паров графита наблюдали пики, соответствующие массам 720 и 840 а.е. Они предположили, что данные пики отвечают молекулам С60 и С70, и выдвинули гипотезу, что молекула С60 имеет форму усеченного икосаэдра. Для молекулы С70 была предложена структура с более вытянутой эллипсоидальной

О

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

формой. Исследователи назвали данные молекулы, представляющие собой новую форму углерода, фуллеренами – по имени американского архитектора Бакминстера Фуллера, использующего своеобразную структуру, напоминающую футбольный мяч, в своих строительных композициях (рис. 1а). Вот почему в зарубежных научных публикациях часто используется термин «buckminsterfullerene». В 1996 г. первооткрывателям фуллеренов была присуждена Нобелевская премия по химии. Cо времени открытия фуллерена С60 – и особенно со времени разработки методов получения его в макроколичествах – органическая химия фуллерена приобрела невиданную популярность и превратилась в самостоятельную ветвь органической химии. Производные фуллерена могут применяться в самых различных областях науки и техники. Кристаллические фуллерены и пленки представляют собой полупроводники и обладают фотопроводимостью при оптическом облучении. Кристаллы С 60 , легированные

Carlo Natale

Фуллерены

атомами щелочных металлов, обладают металлической проводимостью и переходят в сверхпроводящее состояние при температурах 19–33 К в зависимости от типа щелочного металла. Растворы фуллеренов обладают нелинейными оптическими свойствами и поэтому могут быть использованы в качестве основы для нелинейных оптических затворов, применяемых для защиты оптических устройств от интенсивного оптического излучения. Фуллерены используются как катализаторы для синтеза алмазов [1]. Особый интерес представляет приложение фуллеренов в области биологии и медицины (рис. 2). В основе биологической активности фуллеренов лежат, в первую очередь, три свойства этих молекул: липофильность, определяющая мембранотропные свойства, электронодефицитность, приводящая к способности взаимодействовать со свободными радикалами, и способность их возбужденного состояния передавать энергию молекуле обычного кислорода и превращать его в синглетный кислород. Под действием света молекула фуллерена возбуждается. Возбужденная форма С60 способна либо сама образовывать радикалы, либо передавать свою энергию молекулярному кислороду, переводя его в синглетное состояние 1О2. Все эти активные формы веществ могут атаковать биомолекулы: липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Итак, существует два механизма действия радикалов: первый тип – повреждение обусловлено любыми молекулами, кроме 1О2, тип второй – повреждение осуществляется синглетным кислородом. Для ДНК оба пути ведут к окислению нуклеотидов, что понижает стабильность фосфодиэфирной связи, в результате чего при щелочных рН происходит ее гидролиз. Свойство фуллерена образовывать активные формы кислорода используется в фотодинамической терапии, являющейся одним из способов лечения рака. В кровь пациенту вводят

РИСУНОК 1б | Молекула фуллерена С60

17


НАНОМЕДИЦИНА

РИСУНОК 2 | Биологические активности фуллеренов

фотосенсибилизаторы (вещества, способные генерировать активные формы кислорода под действием света, в данном случае – фуллерены или их производные). Поскольку кровоток в опухоли слабее, чем во всем организме, то фотосенсибилизаторы накапливаются в ней. После направленного облучения опухоли происходит возбуждение молекул фотосенсибилизатора и генерация активных форм кислорода, что вызывает апоптоз раковых клеток и разрушение опухоли. С другой стороны, фуллерены обладают антиоксидантными свойствами – являются активными акцепторами радикалов, что позволяет использовать их в качестве ловушек для АФК. Было показано, что фуллерен может понижать активность ВИЧ-интегразы. Напомним, что ВИЧ-интеграза – белок, отвечающий за встраивание вирусной кДНК в ДНК человека. Фуллерены, взаимодействуя с этим белком, способны изменять его конформацию, влияя таким образом на его функции. Некоторые производные фуллерена способны взаимодействовать непосредственно с ДНК и препятствовать действию рестриктаз (ферментов, разрезающих ДНК в специфических местах). Впервые в 2007 году появились сообщения об использовании водорастворимых фуллеренов в качестве противоаллергических средств. Производные (С60(ОН)x и С60(NEt)x) исследовались на человеческих тучных клетках (ТК) и базофилах периферической крови (БПК). В экспериментах in vivo (на живых организмах) введение 2 нг/г (2 нг = 2 · 10-9г вещества на грамм веса мыши) производных фуллерена в мышей ингибирует анафилаксию (патологическую реакцию живого организма на введение чужеродных веществ), при этом токсического эффекта не наблюдается. Учитывая то, что для остановки анафилаксии требуются концентрации производных фуллерена в 400–300 000 раз меньшие, чем 18

те, что вызывают токсический эффект, водорастворимые фуллерены в будущем могут быть применены в лекарственных препаратах против аллергии. Благодаря гидрофобности С60 проникновение в мембрану клетки осуществляется достаточно легко. В этом аспекте удобно использовать молекулу фуллерена в качестве вектора для доставки лекарств. Эритропоэтин, один из гормонов почек, является физиологическим стимулятором эритропоэза – активирует митоз и созревание эритроцитов из клетокпредшественников эритроцитарного ряда. Если вводить эритропоэтин непосредственно в кровь, то происходит значительная деградация его, однако при введении гормона вместе с фуллеренами концентрация активного и доступного для клеток эритропоэтина возрастает вдвое: благодаря адсорбции на фуллерен большая часть попадает внутрь клетки [2]. В последние годы в несколько раз увеличилось производство фуллеренов и их производных. В связи с вышеперечисленными активностями производных фуллерена довольно остро стоит вопрос об их токсичности. Результаты токсикологических экспериментов весьма противоречивы: по одним данным, фуллерен, вызывая перекисное окисление липидов мембраны, ингибирует рост клетки и ведет к нарушению ее функционирования, по другим – фуллерены и их производные не способствуют нарушению целостности клетки. Последние исследования указывают на то, что цитотоксичность С60 зависит от способа приготовления вещества, ведь при выделении фуллерена из углеродной «сажи» используются различные органические растворители – сильные яды для клеток. Однако до сих пор неясны механизмы взаимодействия нативных фуллеренов с клетками. Изучить этот процесс на молекулярном уровне экспериментально невозможно, тогда на помощь приходят методы молекулярного моделирования, в том числе и метод молекулярной динамики. Для фуллерена с использованием метода молекулярной динамики показано, что его проникновение в мембрану осуществляется через несколько наносекунд (10-9 секунд) (рис. 3). Причем С60 остается внутри мембраны длительное время, что влияет на ее свойства: диффузию липидов, толщину, форму. Извест-

РИСУНОК 3 | Изучение проникновения фуллерена в мембрану методом молекулярной динамики [3]

но, что растворимость фуллеренов в воде крайне низка, поэтому в полярных растворителях происходит агрегация молекул. Исследовано, что большие агрегаты (16 и более молекул) не способны проникнуть внутрь мембраны пассивно. Однако агрегаты из 10 и менее молекул оказываются внутри билипидного слоя уже через 1 мкс. При проникновении образуется пора, куда проникает первый фуллерен из кластера. После этого остальные фуллерены проникают внутрь мембраны и на временах порядка микросекунд дезагрегируют. При молярной концентрации фуллерена 11.1 % понижается коэффициент латеральной диффузии липидов (характеристика текучести мембраны) на 40 %, на 10 % уменьшается модуль сжатия и на 20 % модуль изгиба, что свидетельствует об общем смягчении мембраны. Однако изменение механических свойств мембраны не привело к каким-либо видимым повреждениям – разрыву, мицеллообразованию или формированию больших пор на временах расчета. Таким образом, авторы делают вывод, что фуллерены даже при очень высокой концентрации не способны вызвать механических повреждений в мембранах [3]. На сегодняшний день фуллерены являются перспективными и многообещающими объектами нанобиотехнологий. Однако исследования фуллеренов и их свойств находятся лишь на начальной стадии – до применения их в медицинской практике необходимо детально изучить влияние на живые организмы, механизмы взаимодействия с клеткой и отдельными ее компартментами. Маринэ Боздаганян

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Елецкий А.В, Смирнов Б.М. // Фуллерены. УФН. 1993. Т. 163. № 2. С. 33–60; Фуллерены и структуры углерода, УФН. Т. 165. № 9. 1995. С. 977. 2. Tatiana Ros // Twenty Years of Promises: Fullerene in Medicinal Chemistry Medicinal Chemistry and Pharmacological Potential of Fullerenes and Carbon Nanotubes. 2008. P. 1–21. 3. Jirasak Wong-Ekkabut, Svetlana Baoukina, Wannapong Triampo, I-Ming Tang, Peter D Tieleman, Luca Monticelli // Computer simulation study of fullerene translocation through lipid membranes Nat Nano. 2008. V. 3. № 6. P. 363–368. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ

Необычные флуорофоры

микроскоп можно видеть отдельные нанокристаллы. Кроме того, они фотоустойчивы – способны долго светиться при воздействии на них излучения высокой плотности мощности. Плюсом квантовых точек служит и то, что в зависимости от материала, из которого они сделаны, можно получить флуоресценцию в инфракрасном диапазоне там, где биологические ткани наиболее прозрачны. При этом эффективность флуоресценции у них не сравнима ни с какими другими флуорофорами, что позволяет их использовать для визуализации различных образований в биологических тканях.

Владимир Александрович, какие нанотехнологии использует ваша исследовательская группа? — Вообще, нанотехнологии в медицине используются в двух направлениях. Одно связано с наночастицами, которые благодаря малому размеру легко проникают сквозь защитные барьеры организма. Наночастицы можно использовать как для доставки лекарственных соединений, так и для визуализации пораженного участка. В последнем случае нам нужны флуоресцентные и магнитные наночастицы, чтобы проследить их путь внутри организма на разных уровнях: организма в целом, в органах, клетках. Например, сделать раковую опухоль видимой очень важно и для диагностики, и для терапии, и для хирургии. Второе нанотехнологическое направление – создание инструментов для определения объектов нанометрового диапазона, что также важно для диагностики. Наша группа работает в обоих направлениях: мы создаем сенсоры на основе квантовых точек в форме коллоидных нанокристаллов, которые служат очень сильными флуорофорами, и разрабатываем инструменты для получения информации от объектов нанометрового диапазона методами ближнепольной микроспектроскопии. На их основе мы занимаемся разработкой методов и устройств для решения задач клинической диагностики. Расскажите, пожалуйста, подробнее о квантовых точках, об их значении для диагностики заболеваний. W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Игнат Соловей

В Учреждении Российской академии наук «Институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН» работают над биосенсорами нового поколения с использованием квантовых точек, которые будут применяться в клинической диагностике. Доктор физико-математических наук, руководитель проекта «Полупроводниковые нанокристаллы, эффективные флуорофоры для медико-биологических исследований» Владимир Олейников рассказал корреспонденту РН Марии Морозовой о передовых технологиях, задействованных в данном исследовании.

Владимир Олейников решает задачи клинической диагностики с помощью квантовых точек

— Квантовая точка – это очень маленький физический объект, размер которого меньше радиуса экситона Бора, что приводит к возникновению квантовых эффектов, например сильной флуоресценции. Достоинством квантовых точек является то, что их можно возбудить одним источником излучения, в зависимости от своего диаметра они светят разным цветом, причем одним источником возбуждаются квантовые точки всех цветов. Мы производим квантовые точки в форме коллоидных нанокристаллов, что позволяет использовать их в качестве флуоресцентных меток. Они очень яркие, даже в обычный

Какие еще заболевания позволяют обнаружить квантовые точки? — В одной из своих работ мы продемонстрировали возможности квантовых точек в клинической протеомике на примере диагностики аутоиммунного заболевания – системного склероза (склеродерма). Диагностика основана на регистрации аутоиммунных антител. При аутоиммунных заболеваниях собственные белки организма начинают воздействовать на свои же биообъекты (на клеточные стенки и т.д.), что вызывает сильнейшую патологию. При этом в биологических жидкостях появляются аутоиммунные антитела, чем мы воспользовались, чтобы осуществить диагностику и обнаружить аутоантитела. Существует ряд антител к склеродерме. Мы продемонстрировали диагностические возможности квантовых точек на примере двух антител. На поверхность полимерных микросфер, содержащих квантовые точки заданного цвета, наносили антигены к аутоантителам (каждому антигену соответствовал свой цвет микросферы). Тестирующая смесь содержала, кроме микросфер, еще и вторичные антитела, связанные с сигнальным флуорофором. Далее, в смесь добавляли пробу, и, если она содержала искомое аутоантитело, в смеси формировался комплекс микросфера — аутоантитело — сигнальный флуорофор. По существу, аутоантитело являлось линкером, связывающим микросферу определенного цвета с сигнальным флуорофором. И дальше с помощью проточной цитометрии мы анализировали эти микросферы. Появление одновременного сигнала от микросферы и сигнального флуорофора является свидетельством того, что произошло связывание и на поверхности 19


Игнат Соловей

КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ

Возбужденные полупроводниковые кристаллы используются как флуоресцентные метки

микросферы образовался комплекс, включающий вторичные антитела с сигнальным флуорофором. В этот момент фактически светили кристаллы микросфер и сигнальный флуорофор, который был связан с вторичным антителом. Одновременное появление того и другого сигнала показывает, что в смеси присутствует детектируемая мишень – аутоантитело, являющееся маркером заболевания. Это классический «сэндвичевый» метод регистрации, когда у нас есть две распознающие молекулы. Мы продемонстрировали возможность одновременного анализа нескольких маркеров, что является основой высокой достоверности диагностики и возможности создания препаратов, позволяющих определить заболевание на самой ранней стадии. В чем преимущество и эффективность флуоресцентных методов для практического применения? — В настоящее время флуоресцентные методы активно используются. Все большее распространение получают приборы фирмы Luminex, основанные на использовании т.н. «жидких микрочипов» – микросфер, спектрально кодированных органическими красителями двух цветов. В Luminex используются два лазера, число возможных кодов – около 100. Применение для спектрального кодирования квантовых точек позволяет ограничиться одним лазером, а число распознаваемых кодов существенно увеличить. Однако использование квантовых точек в существующих приборах оказывается весьма про20

блематичным, т.к. у них иные свойства, нежели у обычно применяемых органических флуорофоров. Использование квантовых точек требует создания новых приборов с параметрами, настроенными на новый тип флуорофоров: условия возбуждения, специальные системы регистрации и обработки получаемых данных и т.д. Над такими приборами мы сейчас работаем. Ваши методы применяются на практике? — Мы развиваем эти перспективные направления в рамках российских и международных проектов, в которых участвуют ученые из Франции, Белоруссии, Германии, Ирландии, а также научные группы из Москвы и С.-Петербурга. Например, диагностика системного склероза была проведена в госпитале города Реймс (Франция). Результаты диагностики были исследованы в Реймском университете: достоверность определения заболевания близка к 100 %. Мы планируем начать совместные разработки по диагностике рака с Российским онкологическим научным центром им. Н.Н. Блохина РАМН. Некоторые проекты ведем с исследователями из Ирландии, Испании. Каковы дальнейшие планы вашей исследовательской группы? — Одно из приоритетных направлений, по которому работает н а ш И н с т и т у т, – э т о р а з р а б о т к а систем, включающих квантовые точки и биологические молекулы. В частности, одна из тем, которую мы сейчас

развиваем, – это создание гибридной системы на основе бактериородопсина. Один из наших проектов по гранту РФФИ, выполняемый совместно с сотрудниками кафедры биофизики МГУ им. М.В. Ломоносова, называется «Нанобиотехнологические гибридные материалы на основе бактериородопсина и квантовых точек для биосенсорики, оптоэлектроники и преобразования энергии». Уже первые результаты являются весьма многообещающими. Мы развиваем также подход, основанный на эффекте резонансного переноса энергии, т.н. FRETф о р м а т. П р и м е н е н и е к в а н т о в ы х точек во FRET-формате позволяет существенно снизить уровень шума и, следовательно, повысить чувствительность и достоверность детекции. Нам удалось продемонстрировать это на примере диагностической системы. Я хочу подчеркнуть, что потенциал применения полупроводниковых нанокристаллов в самых разных направлениях (электроника, светоизлучающие устройства, преобразователи энергии и т.п.) велик. Наши усилия направлены на развитие способов применений таких нанокристаллов в биологии и медицине. Основой нашего подхода является работа в тесном сотрудничестве с учеными других направлений, с коллегами из разных институтов и стран. Это позволяет резко ускорить получение научных результатов, решений, развитие новых технологий. «Российские нанотехнологии», № 7-8, 2009 г. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


БИОИНЖЕНЕРИЯ

Уровни организации пептидов паутины:

Spilopterus, Creative commons

от аминокислотной последовательности к нити с рекордными свойствами

риродные материалы, даже удостоенные пристального внимания исследователей, таят еще много загадок. Один из таких материалов – паутина. Ее нити сочетают, казалось бы, несовместимое: необычайную прочность с большой эластичностью. В разных странах биотехнологические компании научились изготавливать ее искусственные аналоги, но до совершенства природного полимера им еще далеко. Достичь его можно только разобравшись, какие из физических или химических особенностей строения отвечают за уникальные механические свойства паутины, и успех в решении прикладной задачи напрямую зависит от результатов фундаментальных

П

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

исследований. С 2007 г. к этой работе подключилась группа исследователей кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством доктора физикоматематических наук, профессора Константина Вольдемаровича Шайтана, и результаты их исследований приоткрыли завесу над некоторыми тайнами этого природного полимера. Чем вызван интерес биоинженеров к паутине? Природная паутина обладает уникальными механическими свойствами, каких нет у других известных материалов. Прочность на разрыв у нее в пять раз выше, чем у стали: нить паука крестовика (Araneus diadematus) на разрыв способна выдержать впятеро боль-

шую силу, нежели стальная проволока того же диаметра. И при этом по эластичности почти как резина: может растягиваться почти на треть от первоначальной длины. Испокон веков люди мечтали о ткани из паутины: легкой, прочной, эластичной. Особые надежды на паутину возлагают медики: исключительная совместимость этого материала с тканями живого организма делает ее бесценным хирургическим материалом как для наложения швов, так и в роли каркаса при операциях по трансплантации, в т.ч. с применением стволовых клеток. Но при чем здесь биотехнология, может быть, паутину можно получать естественным путем, подобно шелку? 21


БИОИНЖЕНЕРИЯ

РИСУНОК 1 | Суперспиральная структура, сформированная комплексом из пяти полиаланиновых пептидов длиной в 12 аминокислотных остатков

Ведь объемы производства шелковых нитей из коконов, сплетенных гусеницами тутового шелкопряда, весьма значительны. Такие попытки действительно предпринимали, были даже изобретены разные приборы для «доения» паука и аккуратного наматывания нежных нитей на медленно вращаемую катушку (Дебабов, Богуш, 1999; Work and Emerson, 1982). Препятствий оказалось несколько. Во-первых, неуживчивость паучьей натуры: при совместном содержании эти животные враждуют и поедают друг друга. Во-вторых, каждый паук производит очень мало паутины: подсчитано, что для производства 500 г волокна потребуется 27 тыс. пауков среднего размера. Понятно, что продуктивность членистоногих вряд ли сможет удовлетворить промышленные запросы. Выход один: научиться получать ее искусственно. 90-е г. минувшего века и начало нынешнего ознаменовались нарастающим потоком исследований свойств и структуры паутины. Особенно большой интерес проявили в Великобритании, Германии, США и Японии. Было выяснено, что паутина имеет белковую природу, сходную с шелком. У пауков есть несколько типов паутинных желез и разные варианты паутины: одна – для строительства коконов, куда самки откладывают яйца, другая – для парашютирования, если приходится спасаться от врагов, клейкая – для строительства ловчей части паутины и, наконец, каркасная, на которую она накладывается. Самая прочная паутина – каркасная, и она изучена лучше других. В ней преобладают два белка, получившие название спидроинов 22

(от английского «spider» – паук). Они очень длинные – в состав каждого входит 2.5–3 тыс. аминокислотных остатков. Один из белков каркасной паутины паука-кругопряда Nephila clavipes, широко распространенного на юге США, с ловчей сетью до метра в диаметре, получил название спидроин-1, другой – спидроин-2. Первый немного корче второго: молекулярный вес спидроина-1 – 275 тыс. атомных единиц массы, спидроина-2 – 320. У разных видов пауков эти белки несколько отличаются как размером – от 180 до 720 тыс. а.е.м., так и последовательностью аминокислот, но у всех есть общая особенность – повторение одинаковых или почти одинаковых аминокислотных последовательностей, включающих участок из нескольких подряд остатков аланина (обычно их от четырех до девяти) и участок с частым повторением остатков глицина. Физико-химические свойства белков определяются особенностями аминокислотных последовательностей, и спидроины – не исключение. Уникальное свойство спидроинов – чередование отрезков, богатых глицином и аланином, оно-то и определяет, как молекула свернута в пространстве, как несколько молекул складываются в волокно-фибриллу и упорядоченную упаковку таких фибрилл в нанофибриллах паутинного волокна. А кроме того, на концах молекул есть особые группы из нескольких десятков аминокислот с гидрофильными свойствами. Благодаря значительным силам, брошенным на изучение всех этих уровней пространственной организации белков паутины, многое стало понятным, хотя полной ясности пока нет. Первый, главный вопрос: за счет чего достигаются замечательные механические свойства паутины? Исследования с применением рентгеноструктурного анализа (Warwicker, 1960; Glisovic and Salditt, 2007) показали, что в секрете паутинной железы нити нескольких белковых молекул образуют множество плотных упаковок размером 2  5  7 нм. Полагают, что это вплотную сближенные аланиновые участки. Такие структуры называют -слоями. Многие исследователи паучьего шелка полагают, что своей прочностью паутина обязана именно им, а фрагменты, богатые глицином, свертываются в спирали и обеспечивают эластичность (Simmons et al., 1994; Parkhe et al., 1997, van Beek et. al, 2002 и др.). Чтобы еще лучше понять процессы, происходящие на молекулярном уровне, биологи из московского универ-

РИСУНОК 2 | Структура, сформированная комплексом из пяти межаланиновых (богатых глицином) пептидов

ситета обратились к компьютерному моделированию. Оно позволяет в численном эксперименте на основе данных о строении молекул и об энергии межатомных взаимодействий определять такие свойства молекул, как растяжимость и пределы прочности на разрыв, наблюдать, как молекулы взаимодействуют между собой – в натурном эксперименте это крайне сложно, если вообще достижимо. Численные эксперименты проводились с использованием суперкомпьютерных технологий. В качестве объекта моделирования были выбраны структуры, сложенные из двух типов фрагментов. Один тип состоял из остатков аланина (от 5 до 12) с одним аспарагином на конце – для изучения свойств полиаланиновых участков, которые в молекуле спидроина складываются в слоистые структуры из -нитей (рис. 1). Другой тип – цепочка из 24 аминокислот, обогащенная глициновыми остатками, из которой на глицин приходится 15 остатков, – как образец другой составляющей паутинного волокна, формирующей клубковые эластичные структуры (рис. 2). Недавно работу по этой теме успешно защитил аспирант кафедры биоинженерии Игорь Оршанский (2009). Вычислительные эксперименты показали, что стопка из полиаланиновых фрагментов спидроинов в виде -нитей способна к самопроизвольному скручиванию в суперспираль наподобие каната, если несколько фрагментов молекул с одинаковым направлением С- и N-концов окажутся близко друг к другу. Формирование суперспирали может произойти, если полиаланиноВ М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


БИОИНЖЕНЕРИЯ

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Другая интригующая загадка – как такие большие молекулы удерживаются в состоянии раствора, да еще при очень высокой концентрации? Ведь в паутинных железах содержание спидроинов может достигать 50 %. Что предохраняет их от преждевременного превращения в нить? Этот вопрос напрямую связан с другим: какие изменения претерпевают молекулы в момент прядения, при переходе их растворенного состояния в твердое? Среди моделей, предложенных для объяснения механизма удержания гидрофобных молекул спидроинов в водном растворе, наиболее известны две. Первая гипотеза, обнародованная на страницах журнала Nature, принадлежит исследователям из Оксфордского университета, Великобритания (Vollrath and Knight, 2001). Они определили, что в секрете паутинных желез только что синтезированные спидроины формируют жидкокристаллическую структуру из параллельных столбчатых образований, собранных в шестерки и ориентированных перпендикулярно к поверхности эпителия, где спидроины имеют многократно сложенную складчатую структуру. По мере продвижения по протокам железы ориентация меняется, нити принимают положение, параллельное ее стенкам. В узком канале, которым заканчивается паутинная железа, уменьшение с��держания воды и изменение ионного состава окружающей жидкости приводит к распрямлению складок, сближению отдельных молекул и формированию плотных сегментов волокна. Вторая – гипотеза мицелл, также опубликованная на страницах этого

журнала, была выдвинута исследователями из штата Массачусетс, США (Jin and Kaplan, 2003). Основываясь на наблюдениях за поведением рекомбинантных, искусственных спидроинов и фиброинов – белков шелка, они пришли к заключению, что эти молекулы образуют мицеллы диаметром 100–200 нм, внутри которых прячутся гидрофобные участки, а наружу выставлены гидрофильные концевые группировки полипептидных цепей. Они образуют «шубу» из связанных молекул воды. Переход из растворенного состояния в твердое происходит при дегидратации, которая приводит к повышению концентрации мицелл, их агломерации. Эти мицеллы собираются в комки диаметром в несколько микрон, а потом образуют фибриллы. И все же остается загадкой что заставляет жидкий секрет превращаться в чудесную прочную нить – твердую и нерастворимую? Если бы это удалось узнать во всех подробностях, появился бы ключ к воспроизведению этого процесса, а значит – к искусственному получению нити с такими же качествами. К тому же у паука это получается стремительно, а значит, можно достигнуть высокой производительности. Теперь уже известно (Scheibel et al., 2009), что в процессе «созревания» паутины перед выходом из паучьей железы раствор спидроинов претерпевает множество изменений: ткани паука извлекают из него воду, из-за чего концентрация белков повышается, из окружающего их раствора извлекаются ионы натрия и хлора, зато возрастает содержание калия, фосфат-ионов и водоро-

L Church, Creative commons

вые фрагменты достаточно длинные – не менее 8 аланиновых остатков подряд, а число -нитей в стопке не менее 5. Для реализации этого сценария необходимо, чтобы концентрация спидроина в растворе была выше некоторой критической, а сами молекулы спидроина были несколько растянуты, например, в гидродинамическом потоке. При этом между -нитями образуются водородные связи, они-то и определяют устойчивость всей надмолекулярной структуры. Эта суперспираль закручена вправо, если в состав белка входят левые стереоизомеры аминокислот (именно они свойственны живым организмам), или она левозакрученная, если состоит из правых изомеров. Численные опыты по растяжению суперспирали показали, что оно происходит ступенчато, поскольку ее эластичность определяется тремя механизмами. Если сила небольшая, то она вызывает лишь обратимое раскручивание каната. Увеличению усилия противостоят водородные связи между волокнами, их нарушение приводит к скольжению волокон относительно друг друга и растаскиванию «пряжи». Дальнейшее наращивание силы растяжения может деформировать вторичную структуру – распрямлять «гармошку» -слоев. Для математического описания физических свойств спидроина была предложена нелинейная реологическая модель, отличающаяся от классической модели Зинера, поршнем у которого ограничен ход, что отражает предел деформации-упаковки после ее полного распрямления. В другом компьютерном эксперименте была определена упругость комплекса из обогащенных глицином участков. Выяснилось, что прочность вторичной структуры у этих участков существенно меньше, чем у аланиновых. Образуемые ими рыхлые клубки разворачиваются даже при таких небольших нагрузках, которые в пучке аланиновых волокон вызывают лишь начальное раскручивание суперспирали. При этом длина волокна может увеличиться на 60 %. «На примере пептидов паутинного волокна нам удалось показать, что стабильность вторичной структуры зависит не только от аминокислотной последовательности, но и от молекулярного окружения, – утверждает автор исследования Игорь Оршанский. – Комплексы из нескольких пептидов обладают более устойчивой вторичной структурой как в случае полиаланиновых пептидов, так и в случае межаланиновых пептидов».

Белки-спидроины, содержащиеся в паутине паука-кругопряда Nephila clavipes, отвечают за прочность нити

23


БИОИНЖЕНЕРИЯ да, при этом реакция среды понижается от 6.9 до 6.3 и становится несколько более кислой. В результате всех этих и других, неучтенных пока процессов, белок быстро меняет конфигурацию. И, что самое замечательное, это происходит при обычной температуре и давлении и без применения ядовитых реагентов, какие, к примеру, используют при производстве других синтетических полимеров, в частности кевлара, и без токсичных отходов. Известно также, что натяжение выделяемой нити влияет на ее прочность: если свежую нить растягивать с силой, то паутина получается тоньше и прочнее. На сегодняшний день в получении искусственной паутины достигнуты некоторые успехи. В начале 90-х гг. американские исследователи клонировали в клетках Escherichia coli гены спидроинов, составляющих нить основы паука Nephila clavipes. Появилась возможность, используя генноинженерные методики, встраивать фрагменты генов спидроинов в геномы других организмов и выделять из них белок, синтезированный in vivo. Для подобных целей часто используют все ту же бактерию Echerichia coli, но для спидроинов такая технология не подходит: для бактерий их молекулы слишком велики, поэтому биотехнологи обратили свои взоры к более крупным организмам. В Германии сумели имплантировать гены кругопряда в геномы картофеля и табака, и выход спидроина составил до 2 % всей белковой массы этих растений. В Японском университете Шинсу вставили спидроиновый ген в геном тутового шелкопряда Bombyx mori, теперь их гусеницы производят волокно, на 10 % состоящее из белков паутины. Канадская биотехнологическая фирма Nexia сообщила об успешном внедрении гена спидроина сначала хомячкам, а потом – козам, в результате белки можно выделять из их молока, хотя и в очень небольших количествах. Но чаще всего, в т.ч. в российских биотехнологических лабораториях, для этих целей используют дрожжи – Pichia pastoris, окисляющие метан, и пивные – Saccharomices cerevisiae. В России признанный лидер по производству искусственных спидроинов – Государственный научноисследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИгенетика). С 2001 г. научная группа под руководством академика Российской академии сельскохозяйственных наук, членакорреспондента РАН профессора 24

В.Г. Дебабова отрабатывает методы производства рекомбинантных спидроинов. Из известной нуклеотидной последовательности к-ДНК паука-кругопряда Nephila clavipes биотехнологи выбрали несколько типичных участков, синтезировали соответствующие гены и встроили в геном дрожжей. Раствор, приготовленный из выделенного белка, «прядут», выпуская через тончайшее отверстие в концентрированный этиловый спирт, где он превращается в волокно. Их коллега из Института биоорганической химии РАН Д.В. Клинов разработал способ получения из раствора пленок разной толщины путем электрораспыления. Регулируя содержание белка в исходном растворе и концентрацию спирта и изменяя ход последующей обработки, которая включает вытягивание в спирте, размачивание в воде и горячую сушку, исследователи пытаются подобрать условия для создания наиболее прочного и эластичного волокна. Работа с искусственной паутиной имеет не только прикладной, но и фундаментальный научный смысл. «Эта проблема находится на стыке биологии, белковой инженерии и материаловедения, – считает профессор кафедры биоинженерии биофака МГУ К.В. Шайтан. – Понимание того, как аминокислотная последовательность влияет на свойства нановолокна, откроет путь к искусственному созданию нанофибрилл с заданными возможностями». Специалисты с кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ совместно с коллегами из ГосНИИ генетики и Института трансплантологии и искусственных органов Минздравсоцразвития РФ изучают свойства нити на разных этапах ее обработки, чтобы разгадать загадки ее вторичной, третичной и четвертичной структуры (Bougush et al., 2008). Рассматривая поверхность и разломы свежей искусственной нити, еще не подвергнутой обработке, – своего рода аналога зрелого прядильного раствора в паутинной железе – под электронным сканирующим микроскопом, они обнаружили, что нить на самом деле представляет собой полую трубку из губчатого материала, испещренного множеством сферических отверстий диаметром 0.15–1 мкм, а в толще твердого материала встречаются такой же величины белковые глобулы. Более мелкие глобулы размером 50–250 нм обнаружены на поверхности нитей при некоторых вариантах обработки. Ученые обратили внимание на то, что образования такой же формы и размера встречаются и в прядиль-

ном растворе пауков – может быть, это и есть те самые мицеллы, на которых строится гипотеза американцев? Но ведь фрагменты спидроинов, синтезируемые в ГосНИИ генетики, лишены специфических концевых фрагментов, характерных для природных спидроинов! Значит, способ упаковки молекул в мицеллы другой, чем предполагался в существующих гипотезах. Если нить из рекомбинантного спидроина, прежде чем вынуть из спирта, растянуть – это рассматривается как аналогия прядения пауком естественной паутины, – то структура ее изменится: появляются тонкие фибриллы диаметром 200–900 нм, их можно увидеть с помощью атомно-силового микроскопа. В природной паутине тоже есть микрофибриллы — правда, они в десять раз тоньше. При более пристальном рассмотрении, тонкие фибриллы оказались больше похожими на бусы: в них чередуются утолщения и более тонкие участки. Под трансмиссионным электронным микроскопом, позволяющим рассмотреть объект на просвет и при большем увеличении, внутри микрофибрилл обнаружены включения диаметром 10–15 нм, которые группируются в продольные структуры длиной до 250 нм. Есть основания полагать, что это кластеры из тех самых нанофибрилл, которые обеспечивают уникальные механические свойства натуральной паутины. «Компьютерные расчеты и результаты экспериментов вместе складываются в самосогласованную картину, что говорит о том, что наши представления не слишком ошибочны и что-то главное мы ухватили, – считает профессор К.В. Шайтан. – Дальше можно думать, как варьировать условия эксперимента, чтобы фибриллы имели заданные свойства: были бы тоньше или более толстыми. Ну а если позволить себе пофантазировать, то самое интересное, чем стоило бы заняться, – разработка молекулярных машин. И паутине там нашлось бы много применений. Это ведь идеальное волокно с прочностью, приближающейся к теоретической, – прочности ковалентных межатомных связей. Мыслимо, что в таких машинах будут использоваться нанотрубки, нанизанные на нить спидроина. Может быть, там потребуются и «нановеревки» со свойствами спидроиновых надмолекулярных суперспиралей». Елена Краснова, кандидат биологических наук «Российские нанотехнологии», № 7-8, 2009 г. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


АНАЛИТИКА

Перед прыжком

По данным Минобрнауки РФ, в 2007 году только пятью компаниями, получившими крупную поддержку в рамках инновационных проектов (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» и другие), было выпущено и реализовано товаров на общую сумму 7 млрд руб. Но показатель объема российского рынка нанотехнологий в 7 млрд руб. представляется сильно завышенным. Скорее всего, при определении стоимости произведенной продукции сюда включили цену конечных товаров. Так как сейчас нет разработанных стандартов по поводу того, что сейчас считать нанотехнологической продукцией, адекватно оценить размер рынка достаточно проблематично.

В этом номере приложения «В мире нано» мы публикуем исследование состояния отечественной наноиндустрии и рынка ее продуктов. Статья подготовлена на базе главы «Коммерческий рынок нанотехнологий в России» из маркетингового исследования мирового нанотехнологического рынка (версия 4, январь 2010 года) компании «Текарт» (http://research-techart.ru) ОБЪЕМ И ДИНАМИКА РЫНКА В настоящий момент доля России в общемировом технологическом секторе составляет около 0.3 %, а на рынке нанотехнологий — 0.04 %. Во многом здесь сказался тот факт, что Россия обратила свое внимание на наноразработки на 7–10 лет позже, чем зарубежные страны. В результате, сейчас Россия значительно отстает от мировых лидеров отрасли — США, Японии и ЕС как по показателям развития НИОКР, так и по коммерциализации изобретений. Об этом свидетельствует и число наших международных нанотехнологических патентов — в 2008 году их было всего около 30 (удельный вес российских изобретений — менее 0.2 %). Российский рынок нанотехнологий находится на начальном этапе становления, коммерческие приложения нанотехнологий в промышленности практически отсутствуют. Численность предприятий, которые уже приступили к этапу коммерциализации своих изобретений, составляет менее 20 % от общего числа участников сектора. W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Если рассматривать российский рынок в сегментации, эквивалентной мировой (с делением на рынок наноматериалов, наноинструментов и наноприборов), то наиболее развит рынок наноинструментов (приборов для анализа наноструктур). Слабая сторона российской наноиндустрии — отсутствие развитого конкурентного производства научного приборостроения. Вследствие этого перед российскими компаниями стоит необходимость закупать дорогостоящее импортное оборудование. По оценкам Research.Techart объем российского рынка аналитического оборудования для исследования наноструктур составляет около 1.5–2 млрд руб. в год. Результаты исследований Research. Techart четырех наиболее значимых (как в российском, так и общемировом масштабе) сегментов рынка наноматериалов – нанопорошков, углеродных нанотрубок (УНТ), наноалмазов и фуллеренов – показали, что совокупный объем их продаж достигает менее 100 млн руб.

Российский рынок аналитического оборудования для исследования наноструктур в последнее время устойчиво растет: с 2007 по 2009 годы показатели прироста сектора находились на уровне 30–50 %. Активное развитие рынка началось в 2005 году в связи с введением господдержки исследований в области нанотехнологий и материалов. Рост исследовательской активности, в свою очередь, стимулировал спрос на аналитическое оборудование. По данным Research.Techart, объем российского рынка аналитического оборудования (сюда включены электронные и сканирующие зондовые микроскопы, а также лазерные корреляционные спектрометры и дифрактометры МУРР) в 2008 году составил 1.7 млрд. руб., из них более 90 % пришлось на импортируемые приборы. В количественном выражении объем продаж аналитического оборудования в 2008 году составил около 400 штук. В структуре потребления аналитического оборудования однозначно преобладает госсектор, представленный

Sandia National Laboratories

Sandia National Laboratories

РОССИЙСКИЙ РЫНОК АНАЛИТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР

Активное развитие рынка аналитического оборудования началось в 2005 г.

25


АНАЛИТИКА

26

Instruments. По оценкам представителей компании, за последние семь лет ее объемы продаж выросли в 25 раз.

РОССИЙСКИЙ РЫНОК НАНОМАТЕРИАЛОВ Несмотря на то, что сегодня российские предприятия имеют возможность получения опытных образцов любых наноматериалов, ни одну их разновидность не производят в промышленном масштабе. Практически все производимые сейчас наноматериалы используют для проведения научных исследований. Об этом свидетельствует структура спроса на наноматериалы в России. Так, около 95 % потребляемых нанопорошков идут на научные исследования, и лишь около 5 % находят применение в конечной потребительской продукции. В то же время во всем мире множество исследований в области инновационных материалов финансируют глобальные корпорации. Это форсирует процесс их внедрения в реальный производственный процесс. По данным Research.Techart, наиболее развитый коммерческий сегмент российской наноиндустрии – нанопорошки. Обусловлено это их сравнительно низкой стоимостью, а также простой технологией производства. Рынку углеродных наноматериалов (детонационных наноалмазов, фуллеренов и нанотрубок) принадлежит более скромное место на рынке. По оценкам Research.Techart, объем потребления углеродных наноматериалов в России составляет 380–390 кг в год с существенным приоритетом наноалмазов (91 %). 8 % объема приходится на фуллерены, 1 % — на углеродные нановолокна и нанотрубки.

Sandia National Laboratories

научно-исследовательскими центрами, лабораториями, вузами и ФГУП. Один из наиболее емких сегментов потребления – центры коллективного пользования, которые занимаются разработками в области наноматериалов. Частные компании в структуре потребления представлены в значительно меньшей степени. В совокупном объеме продаж оборудования для определения размеров наночастиц в России преобладали электронные (90 % в штуках) и сканирующие зондовые микроскопы (8 %). По одному проценту приходится на лазерные корреляционные спектрометры и другое оборудование. Если рассматривать структуру продаж в денежном выражении, то электронные микроскопы займут еще большую долю рынка как самые дорогие. Особенность российского рынка в том, что используемое аналитическое оборудование достаточно сильно устарело. Так, 37 % всех приборов в центрах коллективного пользования, было произведено до 1999 года. Это формирует значимый объем отложенного спроса на подобные приборы. Единственный сегмент рынка аналитического оборудования, который занят российскими производителями – сканирующая зондовая микроскопия. Здесь однозначный лидер рынка - зеленоградская компания «НТ-МДТ», на которую по экспертным оценкам приходится до 90 % от общего объема продаж подобного оборудования. Число выпускаемых компанией сканирующих зондовых микроскопов – около 100 штук в год, из которых большая часть поступает на экспорт (около 70 %). Как уже отмечалось, спецификой российского рынка является преобладание оборудования иностранного производства. Общий объем импорта электронных и зондовых микроскопов (РЭМ, ПЭМ и СЗМ), а также дифракционных аппаратов в Россию составил в 2008 году 1.5 млрд. руб. или 350 штук в количественном выражении. По сравнению с 2007 годом, рост составил 50 % (с 301.8 млн руб. или 173 штук). Ввиду неразвитости внутреннего производства аналитического оборудования экспортные поставки весьма ограничены. Единственная товарная позиция, которая пользуется спросом в мире, — сканирующие зондовые микроскопы «НТ-МДТ». Объем экспорта в 2008 году составил 74 штуки, или 4 млн долл. в денежном выражении. Среди клиентов компании такие крупные корпорации как Motorola, Hewlett-Packard, Seiko, Tensor, Texas

Практически все производимые сейчас наноматериалы используют для проведения научных исследований

Длительная история исследований в области нанопорошков, а также относительно несложная (в сравнении с другими формами наноматериалов) технология изготовления способствовали тому, что нанопорошки сегодня – один из наиболее развитых коммерческих сегментов наноиндустрии в России. Они – простейший наноматериал, или как их еще называют в зарубежной технической литературе, «нанотех предыдущего поколения». Сегодня потенциальные возможности производства нанопорошков в России составляют около 100 тонн в год. Реальные производственные показатели ввиду ограниченного внутреннего спроса гораздо ниже и, по оценке Research.Techart, в 2008 году составили порядка 11 тонн. С учетом динамичного развития глобального сектора нанопорошков, доля России на мировом рынке чрезвычайно мала и составляет менее 0.003 %. Правда, нельзя не отметить, что объемы производства ежегодно увеличиваются (в 2006 году было произведено 9 тонн нанопорошков, в 2007 году – 9.7 тонн). Наиболее популярные производственные направления в области нанопорошков на сегодняшний день представлены оксидами титана, алюминия, циркония и церия, а также нанопорошками никеля и меди. Структура потребления нанопорошков в России аналогична структуре мирового потребления: наибольший объем приходится на оксиды металлов (89 %). Большая часть нанопорошков производится опытными партиями, либо по специальным заказам. На рынок же поступает лишь небольшая часть от произведенной продукции – около 1–2 тонн в год (в течение последних трех лет). Это связано с рядом факторов:  значительный сегмент производителей нанопорошков – научные центры и вузы, которые используют данную продукцию для собственных исследований;  разработки тех или иных разновидностей нанопорошков зачастую ведут без учета практических потребностей в них (такая ситуация возникает ввиду того, что российские ученые работают в отрыве от мировой науки, отсутствует достаточный опыт коммерциализации изобретений и др.);  инновационные предприятия, которые заинтересованы во внедрении нанопорошков в собственную продукцию, как правило, самостоятельно занимаются их производством, не закупая их на стороне; В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


АНАЛИТИКА  ряд компаний при возникновении потребности в нанопорошках предпочитают приобретать его у иностранных производителей. Эксперты связывают подобную ситуацию с более высоким качеством и стабильностью характеристик зарубежных аналогов. Объем импорта нанопорошков всех типов в Россию в 2006– 2008 гг. оценивался экспертами в 200–300 кг ежегодно с тенденцией к увеличению.

Метод детонационного синтеза наноалмазов был разработан в России еще в середине 60-х годов. Промышленное производство было организовано в середине 80-х годов в НПО «Алтай». Российский рынок алмазной шихты (полупродукта ДНА) и детонационных наноалмазов в настоящее время практически не развит. Его современное состояние можно охарактеризовать как стагнацию. Объем производства детонационных наноматериалов стабилен на протяжении нескольких последних лет. Между тем, по сравнению с другими углеродными наноматериалами, рынок наноалмазов развит сильнее. Косвенно W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

В промышленности наноалмазы используют при нанесении гальванических покрытий

об этом свидетельствует тот факт, что большая часть российских производителей приступила сегодня к выпуску наноалмазов, адаптированных для конкретных областей (медицины, гальваники и т.д.), тогда как другие наноматериалы выпускаются по преимуществу неадаптированными. Возможности российских производителей по выпуску наноалмазов сейчас составляют около 5 тонн в год. Стоит отметить, что большая часть производственных мощностей была установлена еще в советское время. Крупнейшие российские компании здесь: НПО «Алтай» (Алтайский край) 2 т/год, «Алмазный центр» (СанктПетербург) – 1.5 т/год, комбинат «Электрохимприбор» (Свердловская область) – 500–700 кг/год, Федеральный центр двойных технологий «Союз» (Московская область) – 400 кг/год, «Реал-Дзержинск» (Нижегородская область) – 240 кг/год. Вследствие того, что наноалмазы не нашли пока емких рынков сбыта как в России, так и за рубежом, загрузка производственных мощностей составляет всего 20 %. По данным Research.Techart, объем производства наноалмазов в 2008 году составил около 1 тонны алмазной шихты и 500 кг наноалмазов. По сведениям Research. Techart, объем потребления наноалмазов в 2008 году составил около 350 кг, из которых большая часть приходится на более дешевую алмазную шихту. Среди промышленных применений наноалмазов сегодня в качестве приоритетной выступает их использование при нанесении гальванических покрытий и как присадок к маслам. Подробные сведения о российском рынке наноалмазов представлены в отчете Research.Techart «Маркетинговое исследование рынка наноалмазов».

На сегодняшний день развитый коммерческий рынок углеродных нанотрубок в России отсутствует, а проекты по их использованию в производстве находятся только на стадии научных исследований. По экспертным оценкам, объем потребления составляет 3–5 кг в год. Столь низкие показатели потребления определяются высокой стоимостью УНТ, длительностью внедрения инноваций в промышленное производство, слабой восприимчивостью к инновациям, дороговизной НИОКР, влиянием кризиса на потенциальные отрасли-потребители и др. Спрос на УНТ сегодня формируют по большей части исследовательские организации, которые закупают опытные образцы в небольших количествах. Производство УНТ в России в промышленных масштабах в настоящий момент отсутствует. Суммарная мощность реакторов российских производителей по синтезу УНТ составляет не более 5–10 т в год. Реальный объем их синтеза существенно ниже мощностей и составляет менее 1 % от максимально возможного. По экспертным оценкам, объем производства углеродных нанотрубок в России составляет в среднем 10.2 кг в год. Среди общего количества синтезируемых нанотрубок 98 % приходится на многослойные нанотрубки. В отличие от крупных мировых промышленных предприятий, которые ведут синтез углеродных нанотрубок, российские производители представляют из себя небольшие наукоемкие компании, созданные академическими или отраслевыми учеными. Крупнейшие производители углеродных волокон сегодня: «НаноТехЦентр» (мощность – до 2000 кг/год); однослойных – NanoCarbLab (мощность – до 2 кг/год); многослойных нанотрубок – НТЦ «ГраНаТ» (мощность – до 0.5 кг/день).

John Bolin

НАНОАЛМАЗЫ

John Dalkin

Малый объем потребления нанопорошков, в частности, обусловлен слабостью отраслей-потребителей, в том числе, электронной индустрии. Меж тем, в мире она является лидером спроса на нанопорошки. Еще один фактор – свойственная российскому бизнесу инерционность и слабая восприимчивость к инновациям. Ее следствие — ограниченный объем частных вложений в собственные научные исследования со стороны российских компаний. В то же время, несмотря на весьма скромные показатели рынка нанопорошков, потенциал для его развития существенный. По экспертным данным емкость рынка составляет 10–30 тыс. тонн. Привлеченные к исследованию эксперты полагают, что в ближайшем будущем основные усилия компаний, которые занимаются обработкой нанопорошков, будут связаны с производством конструкционной керамики. Перспективными направлениями также считаются использование нанопорошков в качестве катализаторов и в производстве функциональных нанокомпозитов. Подробные сведения о российском рынке нанопорошков представлены в отчете Research.Techart «Маркетинговое исследование рынка нанопорошков (версия 3)».

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ

Производство УНТ в России в промышленных масштабах в настоящий момент отсутствует

27


Дальнейшие перспективы российского рынка EYN скорее позитивны. Прогнозируемый рост спроса на нанотрубки обусловлен их уникальными физико-химическими свойствами и способностью к оптимизации характеристик продукции под различные отрасли промышленности. Подробные сведения о российском рынке УНТ представлены в отчете Research.Techart «Маркетинговое исследование рынка углеродных нанотрубок (версия 3)».

В России, как и во всем мире, наиболее распространенная технология производства фуллеренов – дуговой метод. Его низкая экономическая эффективность заставляет производителей искать пути его усовершенствования. В структуре спроса на фуллерены госсектор однозначно превалирует. На сегодняшний день наиболее развито потребление фуллереновой сажи, что определяется ее низкой стоимостью (15–20 руб/грамм). Цена делает ее доступной для проведения научных исследований или для использования в качестве наномодификатора. Подробные сведения о российском рынке фуллеренов представлены в отчете Research.Techart «Маркетинговое исследование рынка фуллеренов».

ФУЛЛЕРЕНЫ 2008 год продемонстрировал снижение чис��енности новых патентов в области фуллеренов в России. Скорее всего, это связано со смещением акцента в исследованиях на другой наноматериал – углеродные нанотрубки, число публикаций по которым ежегодно растет. По данным Research.Techart, объем производства фуллеренов С60 и С70 в 2008 году составил около 30 кг, экстракта фуллеренов – 70–100 кг. Российский рынок фуллеренов стабилен, объемы производства находятся на уровне 25–30 кг на протяжении нескольких последних лет. Высшие фуллерены пока изготавливают только опытными партиями в объеме 1–2 граммов в год. Объемы производства фуллереновой сажи значительно выше и ежегодно составляют около 1–1.5 тонны. Массовый спрос на фуллерены сегодня отсутствует. В связи с этим производители ориентированы на нишевой спрос (вакцины, катализаторы и др.) и на удовлетворение специального и эксклюзивного спроса (добавки к ракетному топливу, защитные покрытия в авиастроении, использование при реставрации уникальных зданий).

FEI Company

РОССИЙСКИЙ РЫНОК НАНОКОМПОЗИТОВ

Российский рынок фуллеренов пока стабилен: в год их производится 25–30 кг

28

Число исследовательских проектов в области нанокомпозитов растет начиная с 2000 года. В области работают, по большей части, научные центры, которые не реализуют коммерчески данный вид продукции. Большинство научных разработок в настоящий момент еще не запатентованы, по этому показателю Россия значительно отстает от других стран. Коммерческие предприятия, занимающиеся производством нанокомпозитов, как правило, организуют бывшие и нынешние сотрудники вузов или научных институтов системы РАН. В большинстве случаев они представляют собой небольшие предприятия, которые не афишируют широко свою деятельность и не ведут промышленное производство нанокомпозитов. Большинство предприятий ведут исследования в области одного вида нанокомпозитов. Наиболее развитое направление сегодня — полимероматричные нанокомпозиты. Среди предприятий, работающих в разных сегментах рынка нанокомпозитов (металломатричных, полимероматричных и металлополимероматричных), можно выделить ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей». Приступила к коммерциализации своих изобретений компания НПФ «Элан-Практик». Она занимается нанесением современных нанокомпозитных покрытий на обрабатывающие инструменты. Для этого применяются упрочняющие нанокомпозиты с хромом и без. Начиная с 2007–2008 годов можно говорить о начале процесса коммерциализации нанокомпозитных материалов, который пока затронул отрасли производства изделий с высокой добавлен-

FEI Company

АНАЛИТИКА

Большинство научных разработок в области нанокомпозитов еще не запатентованы

ной стоимостью: космическую отрасль, автомобилестроение и судостроение, военные приложения. В перспективе вероятен переход к использованию нанокомпозитов в производстве товаров массового пользования. Определились приоритетные отрасли потребления композитов — производство упаковки для продуктов питания, безалкогольных и алкоголесодержащих напитков, а также выпуск электронных компонентов. В обоих сегментах рынка уже есть как прототипы материалов, так и опыт выпуска и использования реальных коммерческих товаров. Одновременно с процессом коммерциализации идет постоянный процесс разработки альтернативных и модернизации существующих технологий получения органоглин, металлических и керамических наноструктур и углеродных нанотрубок, а также нанокомпозитов на их основе. По мнению экспертов, наибольшие перспективы в области нанокомпозитов имеют их приложения в качестве упрочняющих инструментальных покрытий для машиностроения, коррозионностойких материалов и покрытий для экстремальных условий эксплуатации, высокопрозрачной нанокерамики для оптики и фотоники, нанокомпозитов для топливных элементов и устройств наноионики, ресурсосберегающих керамических мембран с прецизионно регулируемой пористостью. Сегодня вполне очевидно, что нанокомпозиты будут постепенно отвоевывать рыночную долю у аналогичных товаров без наномодификаторов. Вопрос заключается в том, насколько быстро технологии проникнут на рынок и насколько объемным будет замещение традиционной продукции. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ЭКОЛОГИЯ

Alpha du centaure

Большие надежды планеты на спасателей-«нанокрох»

Производство все большего количества товаров, содержащих продукты нанотехнологий (наночастицы, углеродные нанотрубки, нанопористые материалы и т.д.), означает необходимость отработки процессов их утилизации. В противном случае накопление таких продуктов в почве, атмосфере, гидросфере планеты может привести к непредсказуемым последствиям, а их достоинства (например, высокая реакционная способность, обусловленная высокой удельной площадью поверхности) могут стать грозным оружием, развернувшимся против человечества. «Нанокрохи» обладают очень высокой проникающей способностью независимо от того, из какого вещества они сделаны, поэтому в организм человека и прочих живых существ могут попасть молекулы тяжелых металлов или других токсичных веществ. Как показывают многие современные исследования, наночастицы способны не только проникать в ткани живых организмов, но и накапливаться в них. Однако нанотехнологии «грозят» человечеству не только неприятностями − у медали существует и другая сторона. Современные разработки в области нанотехнологий уже сегодня способны внести значительный вклад в улучшение экологической обстановки на нашей планете или хотя бы снизить степень ее неблагоприятного воздействия на человека. Ниже приведены несколько важных примеров. НАНОПОРИСТЫЕ МЕМБРАНЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Хотя фильтрующие и очистные станции, призванные обеспечивать человека питьевой водой, установлены и устанавливаются в различных уголках земного шара, их успех весьма ограничен — используемые активные материалы весьма неэффективны. Наноматериалы, обладающие высокой удельной площадью поверхности, обладают гораздо большей активностью. W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Например, современные наномембраны способны очищать воду от мельчайших примесных частиц (в том числе от взвесей железа) размером более 0.1 мкм, доводя ее до прозрачности двойного дистиллята. Кроме того, они обеспечивают безреагентное (бесхлорное) обеззараживание воды от широкого класса болезнетворных микроорганизмов, в том числе кишечной палочки E.coli. Ученые из Физикоэнергетического института (ФЭИ) им.

А.И. Лейпунского разработали методику производства наномембран методом плазмохимического синтеза на поверхности пористых подложек. В ее основе заложен принцип самосборки наноразмерных структур в потоке частиц плазмы. В зависимости от состава эрозионной плазмы, режимов осаждения ее на подложку технология позволяет получать наноструктурные мембраны с заранее заданными структурными и, соответственно, фильтрационными свойствами. Структура поверхности мембраны содержит миллиарды нанощелей, которые задерживают мельчайшие взвешенные частицы. При чрезвычайно малой толщине наноструктурированной мембраны ей не страшны давление, вибрация, она устойчива к истиранию абразивными материалами – рабочие свойства изделия не ухудшатся. На сегодняшний день плазмотрон института может за одни сутки обеспечить производство около 400 штук мембранных фильтроэлементов, которые при использовании потребителем способны очистить не менее 40 м3 жидкости за час – объем железнодорожной цистерны. Нанопористые материалы и мембраны обладают чрезвычайно широким спектром применения: очистка питьевой воды в общественных учреждениях и ЖКХ, переработка канализационных стоков, фильтрация топлива и машинных масел и т.д. Различные материалы (наночастицы оксидов, диоксида титана, тонкие покрытия и мезопористые волокна) могут обеспечить быстрое уничтожение бактерий и их спор благодаря процессу фотовольтаического окисления. Наночастицы серебра и диоксида титана наиболее успешно очищают воду от органических загрязнителей.

НАНОФЛЮИДИКИ С ПОВЫШЕННОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ Хорошо известна концепция, согласно которой, добавляя в жидкость твердые частички, можно улучшить ее теплопроводность. Начало исследований в этой области можно отследить вплоть до работ Максвелла в XIX веке, однако практическое применение такого подхода было ограничено невозможностью создания частиц подходящего 29


ЭКОЛОГИЯ размера. При использовании слишком крупных частичек наблюдается множество побочных проблем: их осаждение из раствора, засорение каналов, износ влажных частей насосов. В последнее время наблюдается повышенный интерес к разработке методов синтеза проводящих частиц размером 20—40 нм, способных улучшить как теплопроводность, так и течение жидкости. Использование нанофлюидиков на основе наночастиц может привести к созданию меньших по размеру, более легких двигателей, насосов, радиаторов и других деталей. Соответственно, более легкие автомобильные и авиационные двигатели будут характеризоваться меньшим расходом топлива и более высокими экологическими показателями. В настоящее время лидерами в производстве нанофлюидиков являются американские и английские компании, но и российские ученые ведут связанные с этой темой исследования. Например, исследователи из Московского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева разработали и запатентовали технологию производства углеродных нанотрубок в процессе каталитического пиролиза. Они построили лабораторный реактор производительностью 15 г/ч. При помощи ультразвука и добавок различных сурфактантов ученые изготавливают стабильные дисперсии углеродных нанотрубок в воде и органических растворителях. Такие дисперсии можно использовать как теплопроводящие нанофлюидики или сырье для создания макроскопических листов «нанобумаги» из углеродных нановолокон. Очень интересна также работа исследователей из Корнелльского университета. Ученые разработали наночастицы, обладающие жидкостным поведением и способностью к течению даже в отсутствие растворителя. К настоящему времени они получили безрастворные нанофлюидики на основе оксидов кремния, титана, железа. Важнейший элемент работы — возможность систематически варьировать размеры и форму наночастиц, а также природу взаимодействия между ними, модифицируя поверхность наночастиц. Комбинация текучести в отсутствие растворителя и чрезвычайно низкого давления собственных паров предлагает новые уникальные возможности. Полученные нанофлюидики весьма экологичны, они позволяют избежать всех опасностей, связанных с использованием летучих растворителей в обычных коллоидных 30

суспензиях. Кроме того, они могут служить в качестве теплопереносящих жидкостей, любрикантов или топлива.

ладия и цинка позволяет восстанавливать опасные для здоровья человека оксиды азота до молекулярного азота и кислорода.

КАТАЛИЗАТОРЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА Катализаторы и продукты, произведенные с их участием, окружают нас на каждом шагу. Они представляют собой соединения, ускоряющие ту или иную химическую реакцию, но непосредственно в результате этой реакции не изменяющиеся. Практически любые продукты современной химической промышленности, будь то синтетические волокна, пластмассы, эластомеры, пестициды или лекарственные препараты, изготавливаются в каталитических процессах. Кроме того, существует и развивается целая отрасль экологического катализа, наиболее очевидный пример котрого — каталитический конвертер автомобиля, очищающий выхлопные газы двигателя. Основная задача при использовании любого катализатора — обеспечение как можно большей площади контакта каталитических частиц с реагентами. Наночастицы различных металлов или их оксидов, благодаря огромной удельной площади поверхности, могут стать прекрасными катализаторами. Катализ сгорания топлива наночастицами увеличивает скорость горения и, соответственно, максимизирует высвобождение энергии, в то же время уменьшая количество выхлопных газов, особенно оксидов азота. Одна американская компания разработала присадку к дизельному топливу F2-21, которая при добавке в бак формирует трехмерную матрицу, состоящую из каталитических нанокластеров. При попадании в камеру сгорания нанокластеры быстро нагреваются и в буквальном смысле слова взрываются, что обеспечивает два важных преимущества. Во-первых, крупные капли топлива разбиваются на более мелкие и быстрее испаряются, а во-вторых, увеличение турбулентности приводит к лучшему локальному смешиванию паров топлива с воздухом. Кроме того, при взрыве нанокластеров рядом с поверхностью камеры сгорания последняя очищается от нагара. Чистая камера сгорания работает при более низкой температуре, меньше загрязняет атмосферу вредными выхлопами, включая оксиды азота, а также позволяет использовать топливо со значительно меньшим октановым числом. Другое важное применение катализаторов в транспортных средствах – дожиг топлива. Например, созданный в Британии катализатор на основе пал-

АЭРОГЕЛИ В условиях превалирования «грязных» способов производства энергии единственный выход предотвратить экологический ущерб – потреблять и, соответственно, производить меньше энергии. Термоизоляция – очевидное решение задачи экономии энергии, решаемое посредством аэрогелей — пористых материалов, представляющих результат реакции золь-гельполиконденсации. Химический состав аэрогеля, его наноструктуру и физические свойства можно контролировать. С помощью различных добавок можно существенно изменить и улучшить свойства чистого аэрогеля или придать ему дополнительные возможности в зависмости от приложения, в котором предполагается его использование. В заключение отметим, что перечисленные выше примеры отнюдь не исчерпывают потенциал использования нанотехнологий с целью энергосбережения и улучшения экологической обстановки на планете. В самом ближайшем будущем на рынок выйдут органо-полимерные фотовольтаические элементы и гибкие, легкие пленочные солнечные батареи на их основе, а также оптоволоконные сенсоры на основе нанотел, которые можно использовать для обнаружения и контроля уровня химических веществ и биологических объектов в окружающей среде. «Умные» наноструктурированные материалы – предмет большого интереса с точки зрения задачи захвата и дезактивации распыленных в воздухе биологических агентов, а также усовершенствования стандартных систем вентиляции. Нанотехнологии могут способствовать созданию относительно недорогих, быстрых и эффективных методик очистки зон загрязнения. Способность контроля и направленного дизайна наноматериалов дает возможность увеличения их селективности, емкости и сродства к загрязнителям как результата повышенной реакционной способности, площади поверхности, приповерхностного транспорта и/или их изолирующих свойств. Одним словом, нанотехнологии требуют пристального внимания с точки зрения безопасности, однако их правильное использование может дать новый шанс человечеству на более «зеленое» будущее. Максим Щербина В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


МИНОБРНАУКИ

Почему бизнес не спешит в вузы К новому конкурсу Минобрнауки по кооперации вузов и бизнеса интерес проявят в основном малые инновационные предприятия, выросшие из вузовской или академической науки. Для больших компаний и сумма для реализации серьезной технологической разработки недостаточная, и условия не очень определенны, уверен менеджер по развитию новых проектов Intel в России и СНГ Николай Суетин. Министерство образования и науки России проводит новый конкурс по кооперации бизнеса и вузов. Государство готово субсидировать 19 миллиардов рублей предприятиямпобедителям, которые будут заказывать в вузах исследования и разработки. Насколько данный конкурс интересен для бизнеса? Как оцениваете условия участия в нем? – Любую господдержку кооперации бизнеса и вузов, а также бизнеса и науки можно только приветствовать. В зависимости от размера предприятия и сложности технологического процесса интерес к этому конкурсу будет разным. По-моему, он организован несколько прямолинейно. Роль вузов и науки должна состоять не в развитии производства, а в разработке основных принципов, используемых в технологии и создании материалов, которые требуются для будущих производств. Направления таких исследований и должны определяться с участием индустрии. Конечно, это более долгосрочная перспектива развития, чем та, что определена в конкурсе. К нему проявят интерес в основном малые инновационные предприятия, выросшие из вузовской или академической науки. Для больших компаний и сумма недостаточная для реализации серьезной технологической разработки, и условия не очень определенны. А некоторые из них выглядят абсолютно неприемлемо. Например: «При реализации комплексного проекта получатель субсидии должен обеспечить контроль выполнения российским высшим учебным заведением, в соответствии с условиями заключенного с ним договора, научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ в рамках реализации комплексного проекта». (Из постановления № 218.) Компании обычно строго следят за конфиденциальностью своих разработок, и допуск вуза к этим данным (непонятно, в какой форме) вряд ли будет приемлем. Кроме того, не очень ясно, как будут делиться права на интеллектуальную W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Николай Суетин: «Если бизнес хочет создавать передовую продукцию, то обязан сотрудничать с вузами»

собственность – как созданную, так и вложенную в работу вузом и предприятием. Или еще одно условие, которое может стать существенным ограничением для выполнения работ: «Организация реального сектора экономики, признанная победителем в конкурсе и с которой заключен договор об условиях предоставления и использования субсидии, должна обеспечить выполнение российским высшим учебным заведением не менее 60 процентов общего стоимостного объема научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по договору самостоятельно, без привлечения третьих лиц». Очевидно, что многие технологии или изделия не могут быть изготовлены в вузе самостоятельно на должном т��хнологическом уровне. То есть бизнес не верит в возможности вузов создать перспективные разработки, совершить прорыв по каким-то направлениям? – Я бы не стал делать такие категоричные выводы. Intel верит в возможности вузов. Если бизнес хочет создавать передовую продукцию, то обязан сотрудничать с вузами. Практически все, что заложено в основу наших технологий, – резуль-

тат сотрудничества с университетами и институтами. К сожалению, среди них не так много российских, но они есть. Опираясь на наш опыт, я могу утверждать, что российские химики, программисты, математики абсолютно конкурентоспособны на мировом уровне. Правда, есть одна проблема – их трудно найти. У Intel много партнеров среди университетов – почти все крупные вузы страны. Первые лаборатории стали открываться около 10 лет назад в МГУ, в Физтехе. Сейчас они действуют в ведущих вузах Москвы, Новосибирска, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода и других городов. Те университеты, с которыми мы работаем, очень активны, четко понимают, что если хотят сохранить высокую планку, то должны прислушаться к запросам индустрии. Они стараются менять свои курсы в соответствии с тем, что необходимо компаниям. Что в наибольшей степени сдерживает кооперацию бизнеса и вузов в России? – С моей точки зрения – оторванность большинства проводимых в вузах исследований от потребностей реальной индустрии. Ученые зачастую занимаются не тем, что кому-то нужно, а тем, что они умеют или что лично им интересно. И даже если промышленность формулирует для них конкретные проблемы, за их решение мало кто берется. Конечно, это очень сложно и не всегда приносит успех, но если его все-таки удается достичь, то окупаются все затраты. Кроме того, у вузов, как правило, нет опыта работы над серьезными международными проектами. На ваш взгляд, каковы перспективы реализации проектов, которые получат финансирование по конкурсу, каких результатов можно ожидать? – Скорее всего, большинство проектов будут успешными. Вопрос – в их уровне. Вряд ли стоит ожидать создания за 200 миллионов рублей прорывных технологий и производств мирового уровня. Большая часть оборудования, которое требуется в такого рода производствах, как правило, будет импортироваться или даже специально разрабатываться. А это стоит недешево. С моей точки зрения, данный конкурс – шаг в правильном направлении. Необходимо продолжить кооперацию вузов с крупными промышленными предприятиями, которые в основном и задают уровень развития современных технологий. Марина Муравьева 31


ИНТЕРВЬЮ

Физик экстремальных состояний Владимир Евгеньевич Фортов – академик-секретарь отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления Российской академии наук (РАН), член Президиума РАН, член наблюдательного совета и заведующий кафедрой Московского физико-технического института (МФТИ), профессор, доктор физико-математических наук, директор Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН. Два года назад он стал членом Научно-технического совета вновь созданной государственной корпорации ГК «Роснанотех», большого российского проекта в области высоких технологий. ак продвигается работа над созданием наноиндустрии, каковы перспективы «хай-тека» в России — об этом и многом другом мы беседовали с выдающимся ученым, специалистом в области физики высоких плотностей энергии и неидеальной плазмы, сидя в его уютном небольшом кабинете на 16-м этаже небоскреба РАН на берегу Москвы-реки. В правой части окна красовался фасад Главного корпуса МГУ на Воробьевых горах. Слева – строящаяся громада МоскваСити. Может быть, поэтому соединение бизнеса и науки стало естественной темой нашего разговора. Владимир Евгеньевич, даже будучи в начале 90-х министром науки, вы находили время для талантливой молодежи. После заседаний правительства шли на встречу с аспирантами, решали проблемы фундаментальной науки. Какие задачи физики экстремальных состояний сегодня у вас на повестке дня? — Прежде всего — работа с использованием сверхкоротких (фемтосекундных) лазерных импульсов. Они обладают очень короткой временной длительностью. Но позволяют получать рекордно высокие мощности. Воздействие таких лазеров на вещество происходит в наномасштабах. Возникает очень интересная новая физика, потому что такие лазеры греют электроны, но не греют ионы. Из-за краткости воздействия удается получать очень интересный механиче32

Игнат Соловей

К

Академик Фортов рассказывает о перспективных проектах в области энергетики

ский эффект, например делать нанорельефы – получать отверстия с очень резкими краями. Есть перспективные применения этого явления и в медицине – с помощью таких лазеров можно воздействовать на нервные волокна, «сваривать» их. Кроме того, прочность вещества в наноразмерах в 100 раз выше той, которая встречается в повседневной жизни. Корпорация ГК «Роснанотех» в сентябре 2009 года отметила свой двухлетний юбилей. За это время было отобрано

и профинансировано 39 проектов. Это много или мало, с вашей точки зрения? Каковы критерии отбора проектов и процедура их согласования? — Насчет числа проектов, принятых к исполнению. Я бы не говорил, что их мало. Ведь речь идет о масштабных проектах, и ошибиться здесь нельзя! Представьте себе бизнес-планы в миллиарды рублей. Поэтому цена ошибки очень велика. Чтобы избежать потерь, в ГК «Роснанотех» построили самую современную в России систему оценки бизнес-проектов в сфере высоких технологий. Она ни в чем не уступает западным моделям. Я могу судить об этом, так как являюсь членом нескольких научно-технических советов за границей и сравниваю ситуацию. Аппарат ГК «Роснанотех», созданный председателем корпорации Анатолием Чубайсом, очень квалифицированный. Эти люди досконально знают предмет, тщательно исследуют проекты. После этого отобранные идеи попадают к нам, на научнотехнический совет ГК «Роснанотех». В научно-техническом совете собраны первоклассные ученые, которые оценивают не только содержательную сторону работы, но и ее коммерческую перспективу. ГК «Роснанотех» как раз создано для коммерциализации технологий. В первую очередь интересны работы, которые могут быть реализованы на рынке. Мы ведем жаркие дискуссии. Часто они выходят за рамки канонического академического обсуждения после совета. Дальше проекты идут на экономическую экспертизу, которая в первую очередь обращает внимание на конкурентоспособность предложенной идеи, на прибыль, которую она может дать, на перспективы внедрения технологии у нас в стране и за рубежом. После этого наблюдательный совет ставит точку: решает выделить финансирование или отказывает в этом. Как видите, цепочка получается сложная. Но так принято во всем мире. Например, в США до 20 % стоимости проекта составляет экспертиза. Ведь ошибка на стадии принятия решений в области хай-тек способна перечеркнуть все достоинства проекта. Поэтому могу с уверенностью сказать, проекты ГК «Роснанотех», которые уже приняты и которые еще на подходе, готовятся очень тщательно. Я не большой любитель бюрократии, но в этом случае процедура принятия решений оправданна. Ведь речь идет о бизнесе в сфере высоких технологий, о жесткой конкуренции В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


РОСНАНОТЕХ на мировом рынке. Поэтому тщательной экспертизы не избежать. Вы рассказываете о жарких дискуссиях в ходе Научно-технического совета. А кто чаще всего вам оппонирует? — Мы работаем два года. У нас не выработалось кланов. Темы, которые оценивают мои коллеги и я, – самые разные. Но аргументы и соображения ученых внимательно слушаются и принимаются к рассмотрению сотрудниками корпорации от нижнего уровня до самых верхов. Анатолий Чубайс открыт, доступен для разных точек зрения, потому что понимает, что бизнес в области высоких технологий не построишь без ученых. ГК «Роснанотех» — это организация, успех которой гарантирован правильной наукой. Если в научной части что-то не так, то убытки корпорации будут очень большими. Одно из магистральных направлений в деятельности ГК «Роснанотех» — технологии в области энергетики. Какие перспективы у нашей страны в этой области? — Перспективы нанотехнологий в энергетике очень большие. Существует несколько направлений их использования. Во-первых, это солнечные батареи. Для России это перспективный путь. Потому что соответствующее оборудование можно ставить даже в Сибири, где достаточно много солнечных дней. Несколько проектов по солнечной энергетике в ГК «Роснанотех» уже прошли экспертизу и получили финансовую поддержку. Очень важно сейчас обратить внимание на направление, которое выходит во всем мире на первый план. Это полупроводниковые преобразователи. Сегодня идет речь о создании «умных» линий электропередач, которые основаны на широком применении информационных технологий, то есть с масштабным внедрением датчиков, ЭВМ, разного рода диагностики. Это магистральное направление, для которого требуются силовые полупроводниковые элементы, которые бы выдерживали большие токи. Это тоже нанотехнологии. Также важно создать прочные провода для линий э��ектропередач и сверхпроводящие кабели второго поколения. Это очень ответственные вопросы, на которые внимательно смотрит ГК «Роснанотех». Сегодня как раз осуществляется переход корпорации от сбора информации о энергетических нанопроектах к формированию технической и инвестиционной политики в этой W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

сфере. Одним из перспективных направлений выбрана сверхпроводимость. Формируется позиция по этой проблеме. Если удастся убедить руководство корпорации, что пришло время запустить подобные проекты, то в России заработают заводы по промышленному производству такого рода продукции. Какая задача, с вашей точки зрения, самая актуальная для ГК «Роснанотех» на этом этапе деятельности? — Создание благоприятного инвестиционного климата у нас в стране. Это шире, чем создание индустрии нанотехнологий. Сегодня мы наблюдаем печальную картину, когда почти любое направление: авиация, транспорт, космос и т.п. — сталкивается с неприятием экономикой новых решений. У нас в стране цифра инвестиционной составляющей выпускаемой продукции – 0.6–0.8 %. В то время как в США — 70–80 %! Мы здесь крупно проигрываем. Про это правильно говорит наш президент. Важно еще понимать, а почему так происходит. ГК «Роснанотех» взяло на себя благородную и необходимую функцию – навести порядок в нашем законодательстве в области высоких технологий, привести его в соответствие международным нормам. Чтобы понять, что мешает нашим ученым реализовать инновационные идеи на родине. Ведь очень обидно, что, не найдя понимания в России, они едут с теми же проектами, например, в США или Израиль и там находят поддержку и понимание. Приносят прибыль себе и компании, которые реализуют их идеи. У нас инноваторы упираются в глухую стену равнодушия и бюрократии. В ГК «Роснанотех» есть понимание, что эту ситуацию в России нужно менять. Поэтому создана инициативная группа во главе с Удальцовым, которая занимается анализом сложившейся в нашей стране ситуации и дает рекомендации, как ее исправить. Здесь важно верно сформулировать свои предложения и найти свой путь. В США программа построения наноиндустрии в государственном масштабе была принята на семь лет раньше, чем в России. Удалось ли американцам построить отрасль, если да, то в чем это выражается конкретно? — Американская программа по нанотехнологиям состояла в том, чтобы дать начальный импульс ученым и бизнесу. Простимулировать это направле-

ние. Первоначальный период толчка они прошли. Сегодня государство создало инфраструктуру нанотехнологий. В любом университете США вы найдете хорошо оборудованный наноцентр. Например, я совсем недавно с интересом наблюдал атомные структуры в микроскоп с наноразрешением в одном из научных центров. Стоимость такого прибора – шесть миллионов долларов! Сегодня в США надеются, что экономика сама подхватит нанотехнологии. Государство передает инициативу в руки исполнителей. Также поступит, как я понимаю, и ГК «Роснанотех». Корпорация помогает людям зарабатывать деньги в сфере высоких технологий. Формирует рынок инноваций. А затем собирается уйти с него. Чтобы после этого отрасль хай-тек не погибла, важно изменить существующее законодательство. Если это получится, значит, корпорация работало не зря. Еще одно перспективное направление нанотехнологий – авиация. — В наблюдательном совете ГК «Роснанотех» работает член-корреспондент РАН, директор корпорации «Сухой» Михаил Асланович Погосян. Это молодой талантливый руководитель. Недавно в ГК «Роснанотех» прошел проект по композитным материалам. Они повышают прочность и долговечность наших летательных аппаратов. Не так давно в корпорации запущен интересный проект по лопаткам для турбин авиационных двигателей. Чтобы поставить новые технологии на промышленную основу – модернизировать экономику страны, — прежде всего, важно изменить сознание и самоощущение российских ученых. Какие проблемы в этой области, с вашей точки зрения, стоят наиболее остро сегодня? — Наше научное сообщество не привыкло бороться и отстаивать свои права. Не готово к диалогу с обществом. Ведь ученому важно объяснять согражданам значение науки, по каким законам она живет, как управляется, что в ней хорошо, что плохо. Люди моего поколения привыкли к тому, что идеология всегда спускалась сверху. Сегодня ситуация другая – идеология формируется снизу. Поэтому ученому важно уметь работать со средствами массовой информации, с общественным мнением. Беседовала Ирина Тимофеева, «Российские нанотехнологии», № 11-12, 2009 г. 33


РФФИ

РФФИ боится бюджета-2011

конференции, постоянно читаю статьи на эти темы в Nature и Science. Так что нельзя сказать, что я совсем уж в стороне от «полевых работ», хотя административные дела, конечно, занимают больше времени. Использование созданных по разработанной Владиславом Панченко схеме пластиковых биомоделей в планировании операций сокращает время и улучшает результаты лечения в онкологии, нейрохирургии, челюстнолицевой и реконструктивной хирургии и других областях.

Российский фонд фундаментальных исследований переживает финансовый кризис, но строит новые планы – по техническому совершенствованию процедуры отбора заявок на гранты, организации электронной подписки на зарубежные журналы, поддержке проектов «нобелевского уровня». Об опасениях и надеждах, связанных с развитием чистой науки, мы поговорили с председателем совета РФФИ Владиславом Панченко, получившим госпремию в области науки и технологий.

БЮДЖЕТ С СОКРАЩЕНИЕМ

Владислав Яковлевич, поздравляем вас с получением госпремии. Результаты ваших исследований, удостоенные столь высокой оценки, не только успешно применяются в нейрохирургии, онкологии, реконструктивной хирургии, но и задают тон разработкам новых моделей создания биосовместимых с человеческим организмом имплантатов. Расскажите о последних достижениях российских ученых в этой области. – Исследования и разработки в этой области действительно продолжаются. Еще 15 лет назад, когда мы только открывали это направление в России, нам, физикам и математикам Института проблем лазерных и информационных технологий РАН, удалось найти общий язык с выдающимися онкохирургами, нейрохирургами. Это позволило разработать и реализовать очень интересную схему создания имплантатов по томографическим данным пациента, полностью передающую то, что видит томограф. Следующий этап исследований состоял в том, что созданную по этой схеме пластиковую модель мы использовали в качестве матрицы для изготовления имплантатов из разных материалов. В эту «формочку» насыпались микро- и нанопорошки, которые затем послойно спекались лазером. Чтобы не нарушить их биологические свойства при лазерной обработке, мы придумали добавлять промежуточные наночастицы углерода и золота, поглощающие излучение. В результате получилась сложная трехмерная модель человеческого органа из материала, биосовместимого с человеческим организмом. Ее уже невозможно отличить от «хозяйской» кости даже при помощи электронной 34

Игнат Соловей

МЫШЬ С ИМПЛАНТАТОМ

Владислав Панченко: «Ученые все больше убеждаются, что с помощью современной модели мироздания можно объяснить только 3–5 процента вещества и энергии»

спектроскопии. Недавно в институте были проведены испытания изготовленного по этой технологии имплантата in vivo на мыши, которой искусственно сделали несрастаемый разрыв – удалили примерно треть тазобедренной кости – и поставили на это место имплантат, который через месяц полностью интегрировался с костью. Думаю, лет через пять начнутся полномасштабные клинические исследования. По этому направлению мы находимся сегодня на передовом крае мировой науки. Вы стояли у истоков этого проекта, но сейчас больше заняты административными делами, возглавляете один из самых крупных фондов развития науки. Не скучаете по исследовательской работе? – Я слежу за развитием экспериментов в области создания биосовместимых с человеческим организмом имплантатов, проводимых как в нашем институте, так и в зарубежных научных центрах. Посещаю международные

Каковы финансовые перспективы РФФИ на следующий год? Есть данные, что в 2010 году вместо обещанных 12 миллиардов рублей фонд получил всего шесть… – До кризиса в рамках плана трехлетнего развития на 2009–2011 годы, действительно, на финансирование проектов РФФИ была заложена цифра 12 миллиардов рублей, но с началом кризисных явлений этот план заморозили, и теперь средства выделяются в зависимости от ситуации, то есть от того, какие суммы есть в бюджете РФ. В прошлом году вместо запланированных изначально 9.6 миллиарда рублей было выделено 7.1 миллиарда, в этом – 6 миллиардов вместо 12. Тенденция, к сожалению, очень плохая. Объемы финансирования на следующий год еще не утверждены, но предварительные цифры ужасные, я даже не хочу их вслух называть. По мнению многих ученых, основная организационная проблема российской науки – это отсутствие прозрачной экспертизы заявок на научные гранты и программы. Претензии высказываются в том числе и к РФФИ… – В РФФИ очень высокая (и не только по российским меркам) планка научной экспертизы. У нас проводится огромное количество международных конкурсов, в которых экспертиза осуществляется двумя, а то и тремя сторонами. Мы работаем совместно с экспертами из Канады, США, Великобритании, Германии. Я не хочу абсолютизировать наши достижения, но отмечу, что в некоторых крупных американских научных структурах говорят, что в России можно работать только с РФФИ, подразумевая качество экспертизы научных проектов. Конечно, и к нам поступают обращения от ученых, которые не понимают, почему отклонены их заявки. Если человек очень настаивает, мы ему объВ М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


РФФИ ясняем, почему не поддержали его проект. Это много раз обсуждалось на заседании фонда. Но всегда мы приходили к выводу, что нет необходимости предоставлять каждому заявителю рецензию – такова наша политика. Она объясняется очень просто: в год только по инициативным проектам мы получаем порядка 12 тысяч заявок, из которых проходят только 30 процентов. Дать письменное заключение каждому мы просто не в состоянии. Это колоссальная работа – написать 8 тысяч писем, отправить рецензии, да еще после, скорее всего, вступить в переписку с авторами отклоненных проектов, потому что на письмо с рецензией человек наверняка отправит свой ответ, в котором начнет дискутировать с рецензентами. И потом наши эксперты – анонимные, они не очень-то хотят обнародовать свои заключения и тем более проводить беседу или переписываться с соискателями грантов. Понятно, что конкурсы в РФФИ очень серьезные, не всем везет, но по-настоящему сильные проекты обязательно находят поддержку. Планируется ли в ближайшее время вносить изменения в организацию работы фонда? – Кардинальные, пожалуй, нет. Но планируются различные технические нововведения. В частности, будет модернизирована информационноаналитическая система фонда, усовершенствована процедура прохождения заявок с целью упорядочивания всех ее этапов и сведения к минимуму технических погрешностей, что позволит сократить время прохождения заявки на проект по всему циклу. Кроме этого, будет создана электронная библиотека, открывающая доступ обладателям грантов к подписке на зарубежные научные журналы и монографии. Также ведем переговоры с иностранными коллегами об открытии проектов по совместным грантам. Готовим техническую базу для активного использования такого формата работы, как видеоконференция. Технологии предоперационного биомоделирования уже используются в нейрохирургии, онкологии, реконструктивной хирургии в 25 клиниках разных регионов России

целом демографическая проблема еще, к сожалению, не решена.

Использование созданных по разработанной Владиславом Панченко схеме пластиковых биомоделей в планировании операций сокращает время и улучшает результаты лечения в онкологии, нейрохирургии, челюстно-лицевой и реконструктивной хирургии и других областях

фундаментальной науки состоит в том, чтобы не выпасть из «обоймы». Темпы развития науки очень высоки. Многие страны выделяют весомые средства на исследования, но чем дальше мы двигаемся, тем очевиднее становится потребность в постоянном увеличении объемов финансирования науки. Это, оказывается, очень дорогое занятие. Чтобы остаться в «обойме», ученым нужно иметь большой азарт, подкрепленный достойным социальным статусом, возможностью работать на хорошем оборудовании и участвовать в международных конференциях. Эти проблемы характерны для науки всех стран. В России еще имеют место демографические провалы, обусловленные тяжелыми условиями 90-х и начала 2000-х годов. С удовольствием отмечаю, что с притоком молодежи ситуация постепенно выправляется: если несколько лет назад программа РФФИ «Мобильность молодых ученых» была вялотекущей, то сейчас на нее очень большой конкурс. Хотя в

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ Что бы вы назвали главной проблемой современной фундаментальной науки? – Это очень интересный вопрос, но его проще задать, чем на него ответить. Возможно, главная проблема W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Технологии предоперационного биомоделирования уже используются в нейрохирургии, онкологии, реконструктивной хирургии в 25 клиниках разных регионов России

Главным признанием достижений фундаментальной науки является Нобелевская премия, которую, к сожалению, давно уже не вручали россиянам. Как вы считаете, каковы шансы наших ученых в этом году? – Мн е сло жн о о тветить на эт от вопрос, я же не являюсь членом Нобелевского комитета, но думаю, тот факт, что россиянам не вручают Нобелевские премии, связан, скорее, не с отсутствием достижений мирового уровня в нашей стране. Что касается наработанного задела по программам РФФИ, то его оценивать рано. Фонд существует всего 16 лет, а чтобы протянуть цепочку от работ начального уровня до работ нобелевского масштаба, должны пройти десятилетия. Нужно убедиться, что открытие существенно повлияло на развитие того или иного научного направления, стало достоянием очень многих исследователей. Но, несомненно, фонд улавливает зародыши нового знания. Могу привести такой пример: в 2000 году американский президент Билл Клинтон принял национальную нанотехнологическую программу, через шесть лет такая же инициатива получила поддержку российского руководства, а РФФИ начал финансировать наноисследования еще в 1993 году! В 1996 году вышла знаменитая книга американского журналиста Джона Хоргана «Конец науки: взгляд на ограниченность знания на закате Века науки», в которой автор, основываясь на беседах с нобелевскими лауреатами разных лет, делает вывод, что все великие открытия уже сделаны и современным ученым остается только дорабатывать наследие своих великих предшественников. Как бы вы оценили потенциал фундаментальной науки? – Был период, когда действительно казалось, что всем ясно, как устроена наша Вселенная, но в последние несколько лет научный мир буквально всколыхнула проблема «темной материи». Мы все больше убеждаемся, что с помощью современной модели мироздания можно объяснить только 3–5 процента вещества и энергии. Остальное пока не поддается нашему пониманию. Этой теме посвящена специальная программа РФФИ, которая поддерживает попытки найти ответы на все еще не разгаданные загадки жизни. Наталья Быкова 35


РЕФОРМА

НИУ по-русски Самой масштабной и многообещающей реформой уходящего учебного года стало создание в России сети национальных исследовательских университетов (НИУ). Этот статус получили 29 вузов, тем самым прочно закрепив свои позиции в элите высшего образования. а статус НИУ претендовали 137 вузов в первом конкурсе и 151 – во втором. Количество участников поражает, учитывая, что в России работает всего около 350 госуниверситетов. С трудом верится, что подавляющее их большинство хоть сколько-нибудь серьезно занимается наукой (сам министр Андрей Фурсенко неоднократно заявлял, что в стране не более 100–150 сильных университетов). Очевидно, что многие просто решили попытать свое счастье в конкурсе, понадеявшись на авось: а вдруг повезет. Рисковать было ради чего. Помимо престижного статуса победителям пообещали внушительные денежные вливания – по 1.8 миллиарда рублей каждому, правда, на пять лет. В общей сложности проект НИУ обойдется госказне почти в 50 миллиардов рублей. В обмен государство ждет от вузов прорыва по приоритетным научным направлениям и повышения престижа российского образования на международном уровне. Итак, разберемся, кому же доверили решать эти задачи.

ГДЕ ОНИ, ЛИДЕРЫ? Из 29 вузов – обладателей статуса НИУ 13 располагаются в Москве и СанктПетербурге (факт, сам по себе не требующий комментариев). Из региональных вузов новый статус получили университеты из 11 городов – Томска, Новосибирска, Нижнего Новгорода, Казани, Самары, Белгорода, Перми, Иркутска, Саранска, Челябинска, Саратова. Очевидно, что попасть в число победителей многим вузам удалось благодаря существенной поддержке местных властей. Один из показательных примеров – история с Белгородским госуниверситетом. Еще десять лет назад в возможность победы бывшего пединститута вряд ли мог кто-то поверить. Сегодня по объемам научных исследований он конкурирует с ведущими техническими вузами. Немалую заслугу в развитии вуза сыграли региональные власти, которые во второй половине 90-х годов проявили заинтересованность в том, чтобы Белгород, который в советские годы пребывал в тени соседнего Харькова, приобрел 36

Игнат Соловей

Н

Григорий Дунаевский

статус университетского города. Вложения областного бюджета в развитие БелГУ исчисляются сотнями миллионов рублей. В общей сложности за последние десять лет на его развитие потратили свыше пяти миллиардов рублей из разных источников финансирования. Вуз оснащен по последнему слову техники, может похвастать современным кампусом и развитой инфраструктурой. Площадь университетского комплекса составляет более 200 тысяч квадратных метров.

В целом, география победителей НИУ более-менее равномерно «покрывает» территорию страны. Но организаторы конкурса, судя по всему, не рассматривали месторасположение вуза как определяющий фактор. Иначе в нескольких городах не оказалось бы по два НИУ. Например, в Томске – крупнейшем научно-образовательном центре Сибири. В первом отборе исследовательским признали Томский политехнический университет (ТПУ), во втором – Томский государственный университет (ТГУ). «С момента основания (в 1878 году) наш вуз считался университетом исследовательского типа, – говорит проректор по научной работе ТГУ Григорий Дунаевский. – Кроме того, мы первые в стране начали развивать концепцию исследовательского университета – в 2001 году выполняли проект на грант от Мирового банка. Потом было еще два похожих проекта. Так что было бы странно, если бы университет, который всю эту идею отрабатывал для вузовской общественности, сам не попал в число НИУ. Победой в конкурсе мы хотели закрепить за ТГУ статус исследовательского университета, которым он на практике является много лет». Еще один богатый исследовательскими университетами город – Пермь: осенью победу праздновал Пермский государственный технический университет, сейчас – госуниверситет (ПГУ). И наконец, самое завидное положение – у столицы Татарстана. Там не только два исследовательских университета (Казанский технический и Казанский технологический), но еще формируется и Приволжский федеральный (ПФУ). У Казани теперь есть все шансы превратиться в ведущий студенческий центр страны, тем более с учетом той грандиозной подготовки (включая строительство спортивных и культурно-массовых объектов) к Всемирной универсиаде, которая пройдет там в 2013 году.

И КТО ОНИ?

Леонид Коссович

Большинство победителей конкурса НИУ – специализированные отраслевые вузы. Классических университетов – восемь. А гуманитарный и вовсе один (ГУ-ВШЭ). Стоит обратить внимание, что Министерство образования поддержало не только «свои» вузы. В списке победителей оказалось два учреждения, которые относятся к другим ведомствам, в частности РАН (Санкт-Петербургский академический университет – Научнообразовательный центр нанотехнологий) и к Росздраву – Российский медицинский госуниверситет (РГМУ), кстати, В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


РЕФОРМА

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

ложение, что в России есть три десятка исследовательских университетов, конкурентоспособных на международном уровне, абсурдно». Сомнения и опасения экспертов можно понять. Хотя если говорить об отраслевой логике, то она не противоречит концепции НИУ. Эта идея изначально закладывалась при создании двух пилотов – ядерного университета (на базе МИФИ) и технологического (МИСиС).

Рамил Хабриев

По замыслу Минобрнауки, миссия НИУ состоит в том, чтобы закрыть кадровую потребность в высокотехнологичных секторах экономики и развивать науку с целью коммерциализации результатов.

ЧТО ОБЕЩАЮТ У каждого НИУ разработана 10-летняя программа развития. В ней определены приоритетные для вуза направления и целевые показатели, которых предстоит достичь за этот период.

Игнат Соловей

единственный медвуз, победивший в конкурсе. «Ведомственная разобщенность действительно нередко препятствует реализации различных программ, проектов, – отмечает первый проректор РГМУ Рамил Хабриев. – Есть опасность забюрократизировать, усложнить совместную работу. Например, наш вуз относится к Росздраву, а этого ведомства как такового уже два с лишним года нет. А мы до сих пор не можем утвердить новый устав. Однако на конкурсе НИУ принадлежность вуза к тому или иному ведомству никак не отразилась. Думаю, отбор был честным и объективным. А то, что в списке победителей не оказалось больше медицинских вузов, видимо, объясняется большой конкуренцией». Конкуренция и правда была жесткой. В конкурсе участвовали, но не победили, например, МГИМО, РУДН, ЛЭТИ – настоящие столпы российского высшего образования. Почему не прошли гуманитарные вузы, вполне понятно: государству нужны технологии и разработки по приоритетным направлениям. Одно из обязательных требований к НИУ – коммерциализация НИОКР. Классическим университетам было сложнее победить в конкурсе НИУ, чем техническим или отраслевым, которым достаточно было, грубо говоря, пообещать спроектировать какой-нибудь особый самолет или паровоз. У классических вузов – много направлений развития, много научных школ, и они не могут себе позволить в течение 10 лет развивать только одну–две. В списке НИУ, особенно второй волны, явно прослеживается «отраслевая» логика, считает Игорь Федюкин, ведущий эксперт Центра экономических и финансовых разработок, директор по прикладным исследованиям Российской экономической школы. Во второй состав НИУ вошли: главный энергетический вуз, главный медицинский, нефтегазовый, нанотехнологический и т.д. Еще по итогам первого конкурса руководители некоторых вузов, не вошедших в число победителей, лоббировали свои интересы, приводя в качестве аргумента то, что их учебное заведение представляет важную отрасль народного хозяйства, которую нужно развивать, а соответственно вузу, следует присвоить статус НИУ. Видимо, их просьбы были услышаны. «Многие вузы получили статус не потому (или не только потому), что у них сильная программа развития и есть исследовательский потенциал мирового уровня, а потому, что нужно поддержать отрасль, – уверен Игорь Федюкин. – Это порочная логика. К тому же само предпо-

Александр Шестаков

Выбирая направление развития, в Пермском госуниверситете сразу решили, что оно будет соответствовать одному из научно-технических приоритетов России. Свой потенциал и возможности в вузе анализировали больше года, сообщил проректор по научной работе и инновациям ПГУ Евгений Хеннер. В результате выбрали рациональное природопользование. По своим задачам и масштабам это гигантское направление. В ПГУ выделили в нем аспект, связанный с технологиями прогнозирования и управления природными и социально-экономическими системами. В реализации программы задействуют больше половины университета (речь идет о факультетах, научной школе). В Южно-Уральском госуниверситете (ЮУрГУ) также взялись за актуальную для страны тематику – энерго- и ресурсоэффективность. Это магистральное направление, которое развивается в университете с момента его основания 66 лет назад. «Одна из тем связана с энергосбережением в социальной сфере, – рассказывает ректор ЮУрГУ Александр Шестаков. – Вместе с предприятиями-партнерами мы создали комплекс индивидуального учета энергоресурсов в каждой квартире. Аналогов ему в мире нет. Вся система энергоснабжения должна преобразоваться из затратной в эффективную. Челябинская область становится пилотным регионом для разработки и апробирования этой программы. Это совершенно потрясающая масштабная задача, которая будет решаться в рамках программы национального исследовательского университета». Еще одно приоритетное направление ЮУрГУ – рациональное использование ресурсов и энергии в металлургии. Металлургическая отрасль – одна из основных в Челябинской области. Проблема в том, что запасы обычных руд давно исчерпаны, но имеется большое количество руд, которые содержат тугоплавкие металлы. Есть идеи, каким образом их можно комплексно переработать, получив чугун и сталь, а также ванадий и титан. В университете предлагают решение проблемы исчерпания рудной базы на 100 лет вперед. «Особенность нашей программы в том, что работы ориентированы именно на решение задач промышленности, на внедрение широкомасштабных разработок в производство, – подчеркивает Александр Шестаков. – У нас есть виртуальные стенды, с помощью которых можно моделировать широкий класс устройств и технологических процессов, что может существенно повысить эффективность конструкций и технологий». Московский институт электронной техники будет работать над двумя темами: «Микро- и наноэлектроника» и «Радио37


РЕФОРМА

КОММЕНТАРИЙ ЭКСПЕРТА Федюкин Игорь Игоревич, ведущий эксперт Центра экономических и финансовых разработок (ЦЭФИР), директор по прикладным исследованиям Российской экономической школы (РЭШ). Область исследований: образовательная и научная политика, история образования, социальная история и история идей Как вписывается проект НИУ в международную практику? – Выделение университетов-«флагманов» – призванных конкурировать на глобальном уровне, сегодня широко распространенный подход к модернизации высшего образования. Перейти от уравнительного финансирования вузов к выделению группы лидеров, получающих значительные дополнительные ресурсы, пытались в последние годы Германия, Япония, Индия, Китай, Южная Корея и Франция. Во всех этих странах инициатором данных программ было центральное правительство, стремящееся «встряхнуть» систему высшего образования и извне придать ей импульс для модернизации; толчком для принятия данных программ обычно становится осознание недостаточной конкурентоспособности национального высшего образования на глобальном рынке. (Подробнее об этом – в книге «Создание университетов мирового класса», автор – Джамиль Салми.) В отличие от аналогичных программ в зарубежных странах, российская программа по выделению университетовлидеров не предусматривает превращения НИУ ни в площадку для отработки новых моделей подготовки аспирантов, ни в поставщиков нового поколения преподавателей в другие вузы. То же самое относится и к обновлению преподавательского состава. Повышение квалификации педагогов и сотрудников вузов – одно из пяти направлений программы НИУ, но выделение средств на «повышение квалификации» не сопровождалось изменениями в системе их оплаты труда, правилах и процедурах приема на работу, повышении и увольнении профессоров, во введении новых механизмов оценки деятельности исследовате-

электронные приборы и устройства». Предполагается создать пять лабораторий мирового уровня, в том числе физических и химических сенсоров, функциональной диагностики, интеллектуальных систем навигации и управления. Каждую оснастят оборудованием стоимостью не менее чем в 100 миллионов рублей. Саратовский госуниверситет им. Н.Г. Чернышевского ставит перед 38

лей и преподавателей. То есть НИУ должны действовать в существующих институциональных и процедурных рамках. Говоря шире, программа поддержки федеральных и национальных исследовательских университетов лишь предусматривает выделение им дополнительного финансирования, но не создание новых механизмов развития. Не предусмотрено программой создания НИУ повышение автономии университетов. Выделение НИУ дополнительных средств сопровождается беспрецедентным, даже по отечественным меркам, усилением бюрократического контроля: в частности, университеты должны в еженедельном (!) режиме предоставлять в министерство отчеты о своих успехах. В целом институциональные механизмы обеспечения качества в программы создания университетов-флагманов заложены не были. Ну и конечно, объем финансирования. В принципе, все программы такого рода (кроме, возможно, китайской) страдают от неадекватного финансирования – несоответствующего заявленным целям превращения вузов в мировые лидеры. Однако Россия в этом плане превзошла всех остальных: НИУ получают по 1.8 миллиарда рублей! Современная наука стоит гораздо дороже: возможно, было бы логичнее выделить не три десятка,

собой цель обеспечить инновационное развитие «умных» отраслей экономики, что улучшит инвестиционную привлекательность Саратовской области и всего Нижнего Поволжья, отмечает ректор СГУ Леонид Коссович: «Большую роль в этом сыграют и малые предприятия, которые будут создаваться вокруг СГУ и работать в области повышения продуктивности аграрного сектора, разработки

а полдюжины НИУ, но зато предоставить им адекватное финансирование. Программы развития победителей конкурса НИУ жестко заданы условиями конкурса, которые разрешают тратить средства только на: 1) приобретение учебно-лабораторного и научного оборудования; 2) повышение квалификации и профессиональную переподготовку научно-педагогических работников; 3) разработку учебных программ; 4) развитие информационных ресурсов; 5) совершенствование системы управления качеством образования и научных исследований. Как нетрудно заметить, этот перечень не включает собственно финансирование исследований. Не могут полученные средства быть использованы и для привлечения новых профессоров или как дополнительные выплаты уже работающим в университете ученым. На практике это означает, что вузам надо прибегать к махинациям – например, оформлять поездки на научные конференции как «повышение квалификации» и т. д. В программах исследовательских университетов никак не отражены механизмы и инструменты развития. Руководители наших вузов просто не мыслят в таких категориях. Грубо говоря, они обещают увеличить публикационную активность сотрудников вдвое, но как именно они собираются этого достичь, об этом в программах нет ни слова: максимум там будет сказано, что мы создадим какой-нибудь «междисциплинарный учебно-научнопрактический центр». И уж конечно, программы не предусматривают никаких изменений в структуре управления вузами. Можно сказать, что это не программы развития, а планы расходования денег. Поэтому в принципе программы развития НИУ просто повторяют список разрешенных направлений деятельности, раскрывая их конкретное наполнение лишь в самых общих словах: программы – это минимально доработанная заявка, не превышающая обычно 30 страниц. И лишь затем вузы на основании этих документов разрабатывают более подробные планы действий, причем процесс этот не до конца завершен даже в НИУ первой волны.

аналого-цифровых микросистем нового поколения, выпуска изделий из композиционных материалов для авиационной и строительной промышленности, создания радиочастотных идентификаторов для современных транспортных систем и спецслужб». Руководство вуза смогло заручиться поддержкой 142 организаций, которые готовы обеспечить софинансирование В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


РЕФОРМА программы развития СГУ на общую сумму свыше 1 миллиарда рублей. «Серьезность и востребованность исследований, которые ведутся в нашем университете, подтверждает и публикационная активность наших ученых – по тематике приоритетных направлений только за последние четыре года ими опубликовано свыше 2 тысяч статей в научной периодике, индексируемой иностранными и российскими организациями, – говорит ректор СГУ. – За этот же период вуз получил свыше 750 миллионов рублей от НИОКР, около 90 запатентованных объектов интеллектуальной собственности».

В ЧЕМ СЛАБОСТЬ В программах НИУ все выглядит красиво, многообещающе. Где возможны проблемы? Первое, на что указывают практически все вузы, – привлечение иностранных студентов. Это требование – одно из обязательных для НИУ – на практике оказывается наиболее трудновыполнимым. Многие вузы могут похвастать большим количеством студентов из СНГ. А вот с вузами Европы и Америки пока не налажены тесные связи. Это партнерство пока идет на уровне совместных НИР и штучного обмена студентами, а требуется организовать поток обучающихся. Для этого нужна инфраструктура, современные кампусы, общежития, то есть речь идет о предоставлении приезжающим комфортных условий пребывания в российских вузах. Еще одна проблема – языковой барьер. Надо понимать, что никто не будет специально изучать русский, чтобы

приехать к нам учиться, убежден проректор ТГУ Григорий Дунаевский. Кроме того, требуется перестройка учебного процесса. Нельзя привести иностранного студента и заставить его по шесть часов ежедневно слушать лекции, а в конце семестра попросить отчитаться. За границей – другой подход. Там студенту сразу дают задание, он осваивает какой-то материал, приходит на занятие подготовленным и работает с профессором в режиме онлайн. Такую же практику надо применять и нам, по крайней мере для подготовки магистров. Надо быть готовым к тому, что иностранный студент может по своему усмотрению выбрать несколько курсов, которые в наших вузах часто читаются на разных факультетах, входят в структуру разных образовательных программ. И чтобы предоставить ему возможность познакомиться именно с этими курсами, необходимо решать организационные проблемы. Еще одна трудность, с которой могут не справиться вузы, связана с ростом объема инновационного пояса малых предприятий. Их востребованность зависит в целом от экономической ситуации в регионе, стране, и вуз не может повлиять на скорость роста их объема.

НЕ ПОДДАВАТЬСЯ ПЕССИМИЗМУ Давать какие-либо прогнозы об успешности проекта НИУ, наверное, пока рано. Хотя итоги работы первых НИУ за 2009 год всерьез озадачили Минобрнауки. Несколько вузов не смогли выполнить заявленные целевые показатели. Про-

блемы как раз возникли с привлечением иностранных учащихся и финансовыми обязательствами. В связи с этим Андрей Фурсенко даже пригрозил, что некоторые вузы к концу года могут лишиться статуса, если не улучшат свою работу. Учитывая эти факты и наличие огромного количества проблем в системе российского образования, финал статьи можно было сделать разгромным: разрисовать в черных красках перспективу того, как все будет плохо, как вузы ничего не добьются и деньги окажутся выброшенными на ветер. И этот вывод был бы небеспочвенен, учитывая недостаточный объем финансирования НИУ, жесткие ограничения по статьям расходования средств, немотивированность сотрудников к занятию наукой и тому подобное. Это все те ограничения, которые не позволят исследовательским университетам совершить прорыв. Но благо, что это понимают чиновники. И параллельно с проектом НИУ запускают еще несколько принципиально важных программ – по стимулированию кооперации вузов и бизнеса, привлечению в университеты лучших ученых мира, развитию инновационной инфраструктуры (см. статью «Наука, деньги, вывески»). На это из бюджета выделяются десятки миллиардов рублей. Так что в совокупности финансирования и дополнительных мер поддержки, возможно, у исследовательских университетов что-то и получится. Во всяком случае в это хочется верить.

ИнформНаука агентство научной информации

Марина Муравьева

10 лет на ры

нке научно -техни инфор ческой мации

Над чем работают *** российские ученые? Мы ждем новостей из первых рук. Присылайте пресс-релизы, свежие научные статьи, доклады http://www.strf.ru/inform.aspx +7 (495) 930-88-50, 930-87-07 e-mail: editorial@informnauka.ru Наши подписчики: «Известия», «Вокруг cвета», «МК» и другие федеральные СМИ


ПРОЕКТ

Граждане-ученые

предполагает небольшие финансовые вложения. В брифе к каждому проекту доступно объясняется его суть, общественная значимость и личный интерес для потенциальных участников.

Sandia National Laboratories

ЧТО ПРОСЯТ СДЕЛАТЬ?

Снятые дайверами кадры подводного мира могут пополнить не только их личные фотоархивы, но и базы данных биологов, изучающих морские экосистемы. Любоваться облаками и звездами тоже можно с пользой для науки. В общем, в летний отпуск самое время заняться исследованиями тем, кто никогда от этого дела не устанет, потому что не занимается им профессионально.

К

40

ограничены наличием компьютера с доступом к интернету и желанием тратить свободное время на благо науки и сообщества – локального или глобального. В ряде случаев необходимы какие-нибудь специальные технические устройства, как то: телескопы, приспособления для подводного плавания. Редко участие в исследованиях

Gary Grossman

счастью, не все представители общества по природе своей консервативны, инертны и не способны разделить благие порывы ученых, поддержать их в стремлении преобразовать мир к лучшему. Немало и таких граждан, которые по тем или иным причинам готовы содействовать им в исследованиях, что называется, «подносить патроны», собирать и обрабатывать для них данные. Сайт ScienceForCitizens.net напоминает одновременно типичную доску объявлений и развлекательный ресурс, рекламирующий варианты интеллектуального и общественнополезного досуга. На момент написания заметки на сайте висело 187 таких «объявлений». Они представляют собой визитные карточки проектов по археологии, астрономии, биологии, физике, химии и другим отраслям науки, в которых могут принять посильное участие простые граждане, если изъявят такое желание. Научный бэкграунд для добровольцев совсем не обязателен. Базовые условия в большинстве случаев

Организаторы «Большого подсолнухового проекта» просят посадить у себя во дворе подсолнух и периодически подсчитывать пчел, которые будут прилетать собирать с него нектар

Судя по «объявлениям» на сайте ScienceForCitizens.net, ученые ждут помощи в основном от натуралистов: добровольцам «заказывают» наблюдения за какими-нибудь светлячками, рыбками, белками, вишневыми деревьями и многими-многими другими представителями флоры и фауны в естественных условиях их обитания. Востребованы также данные о состоянии природных объектов (в частности, водоемов) и явлениях (облаках, осадках). Иногда для изучения животных бывает необходимо смоделировать какие-то элементы их жизненной среды. В частности, организаторы «Большого подсолнухового проекта» просят посадить у себя во дворе подсолнух и периодически подсчитывать пчел, которые будут прилетать собирать с него нектар, – так они намерены определить размер популяции этих насекомых. Археологи доверяют добровольцам раскопки стоянки первобытного человека, изучение останков мастодонта (килограмм окаменелостей высылается по запросу) и даже поиски могилы Чингисхана (это, как считается, прямо не декларируемая цель амбициозного проекта National Geographic «Долина ханов», суть которого состоит в том, чтобы по спутниковым снимкам расположенной в Монголии Долины ханов присматривать потенциально интересные для раскопок места). Одни проекты, как «БиоБлиц», предполагают разовый сбор данных (раз в год в течение суток добровольцы берут «под прицел» избранный организаторами парк и регистрируют все виды растений и животных, какие только в нем обнаружат); другие рассчитаны на продолжительный период (составление атласа птиц Великобритании и Ирландии по результатам четырехлетних наблюдений). Многие задания имеют локальную привязку (например, наблюдать за пчелами в Техасе или коралловыми рифами на Гавайях); а какие-то можно выполнять в любой точке мира, например подсчитывать видимые звезды. Исследования могут быть и чисто кабинетными. Особый подвид их составляют компьютерные проекты по обработке огромных массивов данных или в свободное время (например, морфологическая классификация В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ПРОЕКТ

ЦЕНА ЭНТУЗИАЗМА Удивительно, но граждан, для которых значимо помогать исследователям, находится очень много. Когда организаторы проекта по морфологической классификации галактик Galaxy Zoo запустили его сайт, то столкнулись с таким наплывом посетителей, что сервер не выдержал и задымился. А по данным соосновательницы сайта ScienceForCitizens.net Дарлин Кавальер, «только в США 48 миллионов птицеводов, полмиллиона астрономов-любителей и еще полмиллиона добровольцев, наблюдающих за состоянием водоемов». Главный ресурс, который граждане существенно экономят исследователям, – это, конечно, время. Немаловажно и то, что собирать или обрабатывать информацию с их помощью оказывается на порядки дешевле. Так, итальянские ученые в рамках программы изучения биоразнообразия Средиземного моря привлекли с 2002 по 2005 год 3825 дайверов, а потом подсчитали, сколько времени и средств понадобилось бы на проделанную ими W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Привлечение непрофессиональных исследователей для выполнения задач науки академической практикуется более ста лет. Впервые на такое решились в Национальном Одюбоновском обществе (США). С 1900 года оно проводит Рождественский учет птиц силами орнитологов-любителей. К настоящему времени в этих ежегодных исследованиях, которые длятся с 14 декабря по 5 января, приняли участие около 80 тыс. человек. Любопытную характеристику организации дает автор бондианы Ян Флеминг в романе «Доктор Но»: «Это общество Одюбон – могущественная организация. Ему даже удалось перенести в другое место центр атомных испытаний, мешавший какой-то птичке откладывать яйца». Кто знает, может, подобную славу (не только литературную) общество заслужило именно благодаря масштабным проектам с участием граждан?

работу одному профессиональному исследователю. Оказалось, 45 лет и 4 миллиона 758 тысяч долларов. Но можно ли в принципе доверять данным, которые получают непрофессионалы? Британские ученые, проводившие исследования на эту тему, и те же итальянские их коллеги утверждают: можно вполне. Граждане-ученые бывают в чем-то наблюдательнее, а собранные ими данные иногда более репрезентативны (расширение географии исследования и увеличение его продолжительности сказываются положительным образом на получаемой статистике). Разумеется, погрешности случаются, но на общие выводы они едва ли влияют, так как процент их невысокий. Минимизировать чис-

Greg MacKay

галактик), или на свободных ресурсах компьютера (проекты распределенных вычислений). На большие массивы информации, которую могут собрать или обработать граждане, опираются биологи, климатологи, экологи. Много задач такого рода поступает от исследователей космоса (см., например, проекты NASA). Встречаются научпоповские проекты (например, собирание песен, связанных с физикой) и весьма необычные, явно на любителя, задания вроде определения местоположения кладбищ с помощью GPS и исследования загрязненности воздуха по степени состаренности мраморных могильных плит. Организаторы природоохранных проектов нередко апеллируют к гражданской ответственности людей, ставя, например, задачу собрать данные об экологической обстановке в какой-то местности или о состоянии водоема, чтобы впоследствии ознакомить власти с результатами этих исследований и призвать их к конкретным действиям. На внимание неравнодушных граждан ориентированы и проекты вроде мониторинга эпидемиологической ситуации в локальном и глобальном масштабе. Но, пожалуй, большинство обращений рассчитаны на то, что люди откликнутся и помогут ученым из чистого любопытства, интереса к познанию мира.

Некоторые добровольцы берут «под прицел» избранный организаторами парк и регистрируют все виды растений и животных, какие только в нем обнаружат

ло ошибок могут продуманный дизайн проекта и четкие инструкции для добровольцев. Чтобы получить помощь от граждан, со стороны ученых необходимы некоторые коммуникационные усилия и затраты времени на обучение людей, установление с ними обратной связи. Орнитолог и руководитель программы FeederWatch Дэвид Бонтер из Корнельского университета (США) предупреждает: «Люди не будут посылать данные в “черную дыру”, им нужно понимать, для чего они нужны». Американским ученым эту работу облегчает Национальный научный фонд (NSF), финансирующий десятки проектов с участием граждан. Причем большинство из выделяемых им под эти цели грантов проходят по ведомству образовательных, а не собственно научных. Как поясняет представитель Фонда Дэвид Уко: «Мы хотим повысить уровень осведомленности и стимулировать участие граждан в делах науки. Фактически, мы заинтересованы больше в поддержке образовательных ценностей, нежели в результатах исследований». Храмы науки, которые держат свои двери откр��тыми для обывателей круглый год, а не исключительно в дни ее фестивалей, определенно выигрывают. Ученые получают не только значимые данные, ценную помощь, но и потенциальных лоббистов науки, и более лояльное к исследовательской деятельности общество в целом. Граждане же, расходуя на сбор информации для ученых или ее анализ свободное время, приобретают ценности высшего порядка, на которые не то что абстрактное «свободное время» – даже отпуск не жаль потратить. Иногда они ждут от ученых приглашения принять участие в исследованиях. Иногда параллельно с ними сами усердно собирают и анализируют информацию, доносят ее до сведения всех, кого это может касаться. После событий вроде аварии на нефтяной платформе Deepwater Horizon исследовательский энтузиазм пробуждается (невольно) у очень многих граждан. Когда смысл научного термина «антропогенная нагрузка на окружающую среду» начинает доходить (рано или поздно, с Гольфстримом или без его помощи) до всех, то под бременем этого знания хочется что-то делать. Прямо хоть зябликов пересчитывай или видимые (пока еще) звезды. Елена Гутарук 41


ТЕХНОЛОГИЯ

CHEMECH Computer Modeling

След молекулы

Физики из Университета Райса (США) разработали технологию, позволяющую отслеживать поведение отдельных молекул в течение многих часов тобы засечь движение отдельных молекул, ученым приходится както изменять их – например, ввести в состав молекулы флуоресцентную метку или как-то повлиять на движение молекулы. В любом случае, за движением молекулы удается следить в течение нескольких минут, не больше. Физики из Университета Райса создали технологию, позволяющую им отслеживать отдельные молекулы, не изменяя их – причем в течение не минут, а часов. Исследовательская группа, работавшая под руководством Джейсона Хафнера, доцента факультета физики и астрономии Университета Райса, показала, что плазмонные свойства наночастиц способны «подсвечивать» молекулярные взаимодействия на уровне отдельных молекул.

Ч

42

В основе метода Хафнера лежит так называемый локальный поверхностный плазмонный резонанс. Плазмонный резонанс – это поверхностное возбуждение плазмонов посредством света; в данном случае он локален – плазмоны возникают на наночастицах золота, помещенных в раствор. Рассеиваемый на этих частицах свет на видимых длинах волн можно засечь и подвергнуть спектральному анализу, наблюдая за резонансом. «Пиковая длина волны при резонансе очень чувствительна к малым изменениям в диэлектрических свойствах среды», — комментирует Кэтрин Майер, студентка Университета Райса и ведущий автор работы. — Отслеживая пик с помощью спектрометра, можно следить за молекулярными взаимодействиями близ поверхности наночастиц».

Идея использовать наночастицы золота возникала у Хафнера еще в 2006 году, когда в его лаборатории были впервые получены золотые наночастицы сложной формы, многолучевые «нанозвезды». Сначала для рассеяния света использовались крошечные наностержни, однако они рассеивали свет недостаточно хорошо. Для нанозвезд оказалось слишком трудно контролировать их форму и, следовательно, пиковую длину волны. Ученые остановились на многогранниках-бипирамидах с 10 гранями, размером порядка 140 нанометров каждый. Для наблюдения за биологическими молекулами золотые частицыбипирамиды покрывались слоем антител. С этими антителами сцеплялись антигены. Затем антигены «смывались» с наночастицы. Когда разрывалась связь между антигеном и антителом на поверхности бипирамиды, исследователи регистрировали в рассеиваемом бипирамидой красном свете небольшое смещение в сторону синей части спектра. Что замечательно, нет нужды както менять при этом саму молекулу – например, добавляя флуоресцентную метку, отмечает Хафнер. Поскольку изменение диэлектрических свойств среды сохраняется, за поведением молекулы можно наблюдать до 10 часов – по сравнению со сроком всего в несколько минут, считающимся нормой в современных методах. Та к о й м е т о д о т к р ы в а е т в о з можность наблюдения за долгими процессами на молекулярном уровне – например, за лектинкарбогидратными взаимодействиями, отвечающими за адгезию клеток и их «узнавание» в организме, в том числе и человеческом. Впрочем, перспективный метод еще нуждается в доработке. Исследователи считают, что бипирамидальная форма частиц – это временный, компромиссный вариант. Слишком вытянутые бипирамиды отличаются высокой чувствительностью, но дают слишком малый сигнал; сжатые – напротив, сами недостаточно чувствительны. Хафнер и его коллеги считают, что если в будущем удастся повысить отношение уровня сигнала к уровню шума еще на один-два порядка, их разработка может стать эффективнейшим методом для биологических исследований. По материалам ИнформНауки, http://strf.ru/inform.aspx В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ТЕНДЕНЦИЯ

Промдизайн: мастерство «упаковки»

Игнат Соловей

ЭРГОНОМИЧНОСТЬ – ВОТ ХАРАКТЕРИСТИКА, КОТОРУЮ СЕГОДНЯ ТЩАТЕЛЬНО ИЗУЧАЮТ ДИЗАЙНЕРЫ

Производители наукоемкой продукции придают все большее значение внешнему виду своих изделий, осознавая прямую зависимость их конкурентоспособности от «упаковки». С эпохой невзрачных сереньких товаров пора прощаться – с этим, похоже, уже никто не спорит. Но как любое новое направление, промышленный дизайн ставит много вопросов перед учеными, дизайнерами и чиновниками. Осознав минусы сырьевой экономической политики, Россия повернулась лицом к наукоемким отраслям и объявила рост производства высокотехнологичных товаров одной из приоритетных задач своей экономики. Понемногу оживают лаборатории и производства, «умных» вещей, рожденных отечественными мозгами, становится все больше. Вместе с тем обостряется вопрос и о конкурентоспособности нашей наукоемкой продукции. И, к сожалению, в разговорах ученых и производителей часто звучит горькая констатация: наше – не хуже, но выглядит плохо. Поэтому покупают «их». W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Незавидная репутация производителя вещей весьма неприглядной наружности тянется за страной еще с советского времени. Не избалованные буржуазными замашками на гламурные декорации, мы делали надежные, суровые и практичные вещи. Если предмет чистит зубы, он имеет право называться зубной щеткой. А то, что на пластмассовой ручке нет ни единого изгиба, – на функциональность не влияет. В сегодняшних магазинах полно зубных щеток родом из всех стран мира, и отечественные найдут свое место рядом с ними, только если составят уверенную конкуренцию не только по фактической способности чистить зубы, но и по комфорту, который испытывает человек, держа щетку в руках. Эргономичность – вот характеристика, которую сегодня тщательно изучают дизайнеры. Изначально под эргономичностью понимали эффективность инструмента производства, а под эффективностью, в свою очередь, – наибольшую производительность при наименьшей вероятности ошибки. Сейчас этот термин употребляется в более широком смысле, обозначая удобство предмета в целом, экономию времени и энергии, комфорт при пользовании им. Например, тяжелые и прямые стеклянные детские бутылочки заменили другие – эргономичные, изогнутые под ладошку ребенка, легкие и небьющиеся. – Я часто привожу статистику журнала Business Review, которая показывает, что 90 процентов новых продуктов, ежегодно выходящих на рынок, проваливаются, несмотря на должным образом проведенные маркетинговые исследования, – говорит генеральный директор дизайн-консалтингового агентства Lumiknows Екатерина Храмкова. – Почему так происходит? Потому что маркетологи работают с уже существующим материалом, они узнают мнение фокус-группы об уже готовом изделии. Но человек с улицы не сможет ответить на те же вопросы, если речь пойдет о создании принципиально нового, инновационного продукта. Это – задача профессионалов, которые наблюдают за потребителем, тщательно, во всех аспектах, «въезжая» в его нужды и желания. Промышленный дизайн – это не эскиз корпуса, это полный цикл по выводу изделия на рынок, в котором 43


ТЕНДЕНЦИЯ аналитическая работа составляет ключевой блок Требования эргономичности справедливы и для высокотехнологичной сферы. Научившись создавать «начинку» сложнейших приборов, мы пока не дошли до таких «мелочей», как их внешний вид, а также удобство и комфорт в использовании. А между тем именно эти характеристики оказывают решительное влияние на выбор потребителя. Во всем мире вопросами «правильного» вида нового товара занимаются профессионалы – мастера промышленного дизайна.

ДОГОВОРИМСЯ О ТЕРМИНАХ

Игнат Соловей

Специалисты по разработке новых товаров признаются, что им мешает слово «дизайн»: из-за него много путаницы. – Во-первых, заказчики думают, что мы предложим лишь какой-то декор, картинку с украшениями, — говорит Сергей Смирнов, генеральный директор одной из ведущих российских студий промышленного дизайна Smirnoff Design. – А во-вторых, очень много «коллег», которые уверены, что раз они вчера занимались дизайном квартиры, то сегодня могут предлагать услуги промышленного дизайна. Между тем специалисты по промдизайну решают целый комплекс ��адач – кон-

Сергей Смирнов: «На рынке промышленного дизайна не сформирована бизнес-среда, нет культуры создания нового продукта. Каждый считает: “Не учите меня жить, я все нарисую сам”. Это основная проблема»

44

структорских, технологических, экономических, маркетинговых. Под промышленным дизайном понимают разработку как предметов домашней утвари, так высокотехнологичных, наукоемких изделий. То есть, в общем-то, все предметы, окружающие нас дома и на работе, – объект внимания промдизайнера. Компьютеры и кофеварки, электророзетки и ножницы, всевозможные приборы и аппараты – каждое изделие имеет вид, придуманный специалистом в соответствии с его предназначением. Именно органичный компромисс между удобством использования и внешним видом составляет задачу специалиста по промышленному дизайну. При этом под удобством понимают комфорт как во время непосредственно использования, так и во время любых сервисных работ. – Это тоже промышленный дизайн: продумать, за какие ручки брать, чтобы перенести прибор, на чем его перевозить, как закрепить при перевозке, как взвесить, какие части снимаются, где брать запасные детали, если понадобится и т. д., — говорит директор Центра физического приборостроения Института общей физики РАН Сергей Вартапетов. – Все это тоже должно быть продумано на стадии разработки. Не говоря уже про эргономику. Именно такого комплексного подхода ждут от промдизайнеров производители, уже набившие шишки в работе с дизайном. Неопытным же (а таких среди заказчиков из наукоемкой сферы большинство) приходится объяснять смысл работы профессиональных дизайнеров. – Когда я говорю «давайте я разработаю дизайн аппарата», я имею в виду, что я проанализирую ситуацию на рынке, изучу задачи, которые должен выполнять аппарат, исходя из этого предложу и изготовлю оптимальный вариант изделия и обеспечу полное сопровождение, – поясняет Сергей Смирнов. – Промышленный дизайн – это не эскиз корпуса, это полный цикл по выводу изделия на рынок, в котором аналитическая работа составляет ключевой блок.

ЧТО ДЕЛАЕТ ДИЗАЙНЕР Работа начинается с так называемых дизайн-исследований. По словам дизайнеров, все путают их с маркетинговыми – изучением конъюнктуры рынка. Тогда как при дизайнисследованиях анализируют информацию о функциональной задаче

объекта: для чего он нужен; кто, как и в каких условиях им будет пользоваться; как его транспортировать, ремонтировать, утилизировать. Этот этап еще называют стратегией дизайна, потому что, по сути, его итогом становится формулирование технического задания дизайнеру: какой формы делать корпус, из какого материала, как расположить кнопки, каким цветом красить. Одна из основных сложностей – отсутствие технологий. Производитель хочет понимать, где каждая деталь будет изготовлена, за какое время и какую цену. Пока же дизайнстудии норовят отметить этот этап в техзадании строкой «Изготовим гденибудь в Китае» Далее следует самая романтичная (и самая короткая) часть работы – эскизная. Дизайнер рисует буду щее изделие. После утверждения эскизов идет проработка выбранного варианта: представление в 3D-формате (если эскизы были двухмерные), макет, конструирование, изготовление прототипа. Иногда прототип – это полностью готовое изделие, выполненное в единичном экземпляре. Несмотря на высокую себестоимость его изготовления, этот вариант заказчики выбирают часто, предпочитая увидеть, что же получат на выходе. Подобная цепочка действий растягивается порой на несколько месяцев. Кстати, такой подход не является новшеством, в советское время эта работа была неотъемлемой частью создания новых изделий и была четко регламентирована: научно-исследовательские работы, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, опытно-конструкторские работы, заканчивавшиеся конструкторской документацией. Без НИР, НИОКР и ОКР невозможно было начать разработку ни одного изделия. Заимствованного слова «дизайн» тогда еще не было, отчасти его заменял отечественный термин «художественное конструирование». Возможно, если бы мы сегодня вернулись к этому, более узкому, названию, стало бы меньше тех, кого сбивает «легкомысленное» слово «дизайн». А значит, уменьшилось бы количество производителей, которые видят в этом этапе работы неоправданные затраты и стремятся на нем сэкономить.

САМИ С УСАМИ? Подавляющее большинство наших производителей высокотехнологичВ М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


Евгений Горский: «Хороший дизайн крайне важен, но я пока не слышал, чтобы дизайнер с полуслова понял, все спроектировал и сделал. Когда понимаешь, что проще самому нарисовать, чем объяснить, что тебе надо, да еще и деньги заплатить, то чувствуешь себя крайне странно»

ной продукции сами решают, как будет выглядеть их продукт. К такому выбору их подводят несколько обстоятельств. Во-первых, многие просто не знают о существовании специалистов, способных взять на себя в е с ь б л о к д и з а й н е р с к и х р а б о т. Во-вторых – дорого. А в-третьих, производители высокотехнологичной продукции не позволяют неспециалистам вмешиваться в результат научной работы. – Дизайнеров, которые понимают, как работает прибор, как он устроен и, соответственно, что в нем можно изменить, очень мало, — говорит заместитель генерального директора ООО «Нано Скан Технология» Евгений Горский. – Мои коллеги отдавали прибор на так называемую «дизайнерскую проработку». Им нарисовали очень красивую картинку, по которой совершенно нельзя было понять, как это разбирается-собирается. На рынке много непрофессионалов. Они могут что-то сделать, не двигая блоки, которые я как-то расположил. Понять, что это можно подвинуть сюда, а провод можно проложить под таким-то углом, из-за чего поменялся бы внешний вид, но функциональность осталась бы прежней, они не способны. Поэтому, я думаю, чтоW W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

бы дизайнерам получать много заказов, им надо в первую очередь поднимать свой уровень. Конечно, высокая сложность н ау к оем к и х п ри бо ро в о бъя сн я ет неготовность производителей делить начальный этап дизайнерских работ со специалистом-неученым. Однако, как правило, к моменту разработки дизайна они в деталях представляют, где и как будет использоваться их прибор, то есть, говоря иначе, готовы предоставить значительную часть дизайн-стратегии. – До того как обратиться в ди зайн-студию, мы пять лет занимались изучением эргономики своей эксимер-лазерной офтальмологической установки, – говорит Сергей Вартапетов. – Мы работаем с этим прибором в клинике Святослава Федорова и в совершенстве знаем, как чувствуют себя врач и больной, когда подходят к установке. Мы знаем, что если расположить эту деталь на пять сантиметров ниже, то врач будет ударяться коленом, что здесь нужен крючок, а эта часть должна сниматься. Мы абсолютно точно можем поставить задачу дизайнеру. И все равно в процессе работы требуется миллион переделок! Поэтому мое мнение таково: дизайнер должен быть еще и конструктором. За внешней формой он должен чувствовать и как резисторы расположить, и как «железку» смонтировать. Это целый конгломерат знаний, которые необходимы не только художнику с эстетическим вкусом, но и технологу, инженеру. Это необязательно должно быть сконцентрировано в одном человеке, дизайн-бюро может собрать людей разных специальностей, которые дополнят друг друга. Несмотря на молодость рынка промышленного дизайна в России, у нас уже есть команды, которые практикуют такой подход. – Сейчас в сферу деятельности дизайнера входит намного больше полномочий, чем когда-то, – говорит арт-директор Студии Артемия Лебедева Тимур Бурбаев. – Это определенный тренд: дизайн как эстетическая составляющая уже идет априори, по умолчанию. Теперь акцент смещается в сторону проработки сценария – как этот аппарат будет устанавливаться, собираться, разбираться, ремонтироваться. – Красота иногда уходит на десятый план, – объясняет Сергей Смирнов. – Конечно, внешний вид важен, особенно для компаний с именем-

брендом, но если изделие никто никогда не видит или оно служит для поддержания жизни недоношенных младенцев весом в 500 граммов, то здесь дизайнер решает задачи уже другого уровня. Словом, без понимания предназначения и сути работы нового изделия максимально эффективный дизайн невозможен. Как говорит главный конструктор ООО «Нано Скан Технология» Алексей Мезин, «дизайнер должен хотя бы раз в неделю пиво пить с технологами, чтобы осознавать возможности производства».

ПОЛЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И УЧАСТНИКИ Промышленный дизайн – новое направление для России, и на сегодняшний день даже сложно определить объем этого рынка. По большей части, услуги промдизайна предоставляют предприятия малого бизнеса или инфраструктурные подразделения крупных предприятий, внутренние расходы которых сложно выделить. Тем не менее можно оценить этот сектор на примере конкретных высокотехнологичных отраслей промышленности. Так, в гражданском судостроении объем рынка в ближайшие пять лет достигнет 400–600 миллиардов рублей. По оценке специалистов Некоммерческого партнерства по проведению экспертизы в области промышленности и энергетики «Экспертный клуб», доля промышленного дизайна составит три–семь процентов от этой цифры. Основные игроки на российском рынке промышленного дизайна в гражданском судостроении – компании Кореи, Норвегии, Голландии, Франции и Японии. Российские дизайнеры тоже успешно осваивают это поле, но пока еще молодой рынок не отсеял тех, чья деятельность не отвечает понятиям передового промдизайна.

Игнат Соловей

Игнат Соловей

ТЕНДЕНЦИЯ

Алексей Мезин: «Если прибор стоит пятьсот тысяч евро, делать для него кривые детали – просто неприлично. На мой взгляд, на дизайн разумно тратить 5–10 процентов стоимости»

45


ТЕНДЕНЦИЯ Портрет заказчика изменил финансовый кризис: раньше основным клиентом дизайн-студий был частник, сейчас приходится рассчитывать в первую очередь на крупные проекты с финансированием государственного масштаба. Промышленный дизайн – это инвестиции в долгосрочные проекты, и пошатнувшаяся мировая финансовая система подрезала возможности малых компаний. Тем не менее, руководители дизайнстудий отмечают, что доля производителей наукоемкой продукции составляет сейчас до 50 процентов от общего числа их клиентов.

Игнат Соловей

В ЧЕМ СЛОЖНОСТЬ

Сергей Вартапетов: «Сегодня мы занимаем с нашими медицинскими приборами 60 процентов отечественного рынка и 3 процента мирового. Доработав внешний вид нашей продукции, мы можем претендовать на 10–15 процентов мирового рынка»

Поисковые системы выдают сотни компаний и частных лиц, предлагающих услуги промышленного дизайна, но производители, имеющие значительный опыт взаимодействия с дизайнерами, говорят о значительной доле тех из них, кто не готов работать на заявляемом уровне. Есть даже такие, кто на запрос заказчика отвечают либо молчанием, либо отказом. Много фрилансеров, обещающих выполнить все работы в одиночку. Немалая часть – компании, предоставляющие неплохие концепции разработки изделия, но не имеющие примеров реализованных проектов, что говорит о большом количестве желающих работать в нише промдизайна, но не начавших делать это. И еще одна многочисленная категория – дизайнеры, на все вопросы заказчика отвечающие: «Нет проблем!». – Мы долго искали, кто может взяться за такую работу, и многие компании нам говорили: «Дизайн? Нет проблем!». А я знаю, что есть проблемы! – говорит Сергей Вартапетов. – Просто огромные проблемы у нас в стране с промышленным дизайном! И если человек говорит мне, что запросто сделает любой дизайн, только заказывай, я знаю, что от него надо бежать. 46

Одна из основных сложностей на сегодняшний день — отсутствие технологий. Закладывая в макет какую-либо пластмассовую панель, производитель хочет понимать, где эта панель будет изготовлена, за какое время и какую цену. Пока же нередко дизайн-студии норовят отметить этот этап в техзадании строкой «Изготовим где-нибудь в Китае». – Гд е и м е н н о ? – и н т е р е с уе т ся Сергей Вартапетов. – А если там не делают или делают не так? Кроме того, даже если все сделают как надо, но это будет стоить миллион долларов, мне это сразу не надо! Я на рынок не выйду с такой ценой. Сроки, цена, конструкторская документация, гарантия качества – необходима неразрывная цепочка, иначе работа не имеет смысла. Разрозненность этапов работы, неполнота всего цикла, отсутствие некоторых необходимых звеньев приводит к туманной стратегии дизайна и, как следствие, непредсказуемому результату. Конструкторская документация – тоже непростая задача для дизайнеров. Порой партнеры ищут компромисс, разделяя задачи между заказчиком и исполнителем. – Мы заказали дизайн в Студии Артемия Лебедева, — рассказывает Сергей Вартапетов. – И пошли по такому пути: они нам делают эскизы, а мы – конкурсную документацию. Хотя они хорошо изучили и понимали техническую сущность, мы все же разделили фронт работ, чтобы нам самим досконально понимать, все ли формы, заложенные в рисунке, возможно воспроизвести именно в таком виде. И там, где были нестыковки, искали компромисс: либо они меняли эскиз, либо мы искали другое техническое

решение. И все же пока цена немного вышла из приемлемого для нас диапазона из-за того, что не до конца решены вопросы технологичности. Если вы используете хорошие и удобные технологические приемы, цена падает, если же технологии не отлажены – цена растет. Мы работаем с тремя сильными дизайнерскими группами, и у всех видим эту проблему, характерную для нашей страны: нет промышленных технологических предложений. И появиться им пока неоткуда – спроса-то нет, промышленность не работает. И еще сложность – в отсутствии достаточного опыта у наших дизайнеров, особенно в плане работы с большими формами. Все же наукоемкий прибор «метр на метр на метр» — это не корпус для мобильника или выключателя. Они первый раз этот путь проходят. Мы присматриваемся сейчас к одной студии в Германии, у которой, в отличие от наших дизайнеров, есть опыт работы с большеразмерными издели я м и . О н и м о г ут да т ь нам все: и документацию, и всю технологию. Но дизайн таких сложных вещей – процесс очень долгий. В нем задействованы много менеджеров, специалистов, дискутировать надо очень много и плотно, и работать на чужом языке и на расстоянии труднее. Есть мнение, что развитие промдизайна в секторе высокотехнологичной продукции необходимо до такой степени, что вполне сможет развиться и без господдержки: рынок заставит Слабо развитая промышленность – еще одно серьезное препятствие для развития промышленного дизайна, особенно для производителей с мелкими заказами. Заказ относительно небольших партий элементов изделий из пластика или металла увеличивает и без того немаленькую стоимость дизайн-работ, вынуждая производителей значительную часть работ выполнять самостоятельно. – В небольших заказах никто не заинтересован, нет здорового рынка, – говорит Евгений Горский. – Предприятия, у которых есть оборудование, получают заказы от оборонки и газонефтяной отрасли, знают всех своих заказчиков. За мелкого клиента «со стороны» никто не борется – незачем. В итоге, мало того что мы пока сами занимаемся дизайном, так еще и непонятно, где производить детали... А качественно сделанный и дорого выглядящий прибор, конечно, имеет больше шансов попасть на рынок. В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


ТЕНДЕНЦИЯ НАНОАРТ Учитывая государственный масштаб проблем на пути развития промдизайна и его не менее государственную значимость, и дизайнеры, и производители говорят о необходимости господдержки этого направления.

ЧТО ДЕЛАЕТ ГОСУДАРСТВО

Игнат Соловей

Один из наиболее активно обсуждаемых вариантов — соинвестирование дизайн-проектов: производитель получает из федерального бюджета какую-то часть средств для оплаты услуг дизайнера. Такое предложение рассматривалось в Министерстве промышленности и торговли еще год назад, но практического выхода до сих пор не получило. Проблема с соинвестированием не только в деньгах, но и в новом знании: новое направление требует новых компетенций. Конечно, в России есть вузы, которые готовят специалистов по дизайну, в том числе и промышленному, и даже предлагают образовательные стандарты, но за неимением опыта молодым дизайнерам приходится добирать нужные знания «в бою», обучаясь практическим навыкам уже после вузов. Учитывая, сколько времени обычно проходит в нашей стране от первых движений «наверху» до их заметного влияния на будни простого человека, во избежание разочарований не стоит ожидать мощного развития промышленного дизайна в ближайшие месяцы – Чтобы не переучиваться после вуза, студентам-дизайнерам нужна

W W W. N A N O R F. R U | № 5 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

хорошая практика на предприятиях, – говорит руководитель секции промышленного дизайна Экспертного клуба промышленности и энергетики Степан Сыроватко. – Образовательные стандарты в области дизайна нужно пересматривать, и некоторые вузы уже делают это. Однако пока предложения учебных заведений оторваны от промышленности. Разработка образовательного стандарта в области дизайна, учитывающего мнение профессионалов, – это системный вопрос всего образования и профессионального сообщества. Наш Экспертный клуб ведет работу по формированию инфраструктуры кадрового развития в высокотехнологичных отраслях промышленности, и несколько профессиональных стандартов планируем разработать в 2010 году. Кроме стандартов образования и трудностей с финансированием, нельзя не отметить другие системные проблемы, мешающие развитию промдизайна (некоторые из них носят отраслевой характер): несовершенная нормативная база, закрытость информации, отсутствие унификации, устаревшие ГОСТы и ОСТы. Отдельные ведомства уже пытаются решать эти задачи: так, Министерство промышленности и торговли сейчас разрабатывает проект федерального закона «Технический регламент по безопасности изделий медицинского назначения», включающий требования к их внешнему виду. Кроме этого, Минпромторг включил в «Программу по развитию малого и среднего бизнеса» концепцию развития высокотехнологичной промышленности, а в ФПЦ «Развитие гражданской морской техники» – большой блок по разработке и созданию новых конкурентоспособных судов. В прошлом году Экспертный клуб промышленности и энергетики запустил программу по интеграции дизайна в промышленность и проект «Промышленный центр продюсинга, маркетинга и социокультурных проектов», пытаясь сформировать партнерство. В результате серии мастер-классов по дизайну в области вертолетостроения, машиностроения, медицинской техники несколько российских компаний получили заказы, а по итогам конкурсов и стажировок для дизайнеров специалисты Экспертного клуба отбирают тех, кто хочет и способен стать управленцем – продюсером в промышленности.

А Министерство экономического развития обещает в 2010 году инвестировать 1.3 миллиарда рублей в создание центров развития дизайна.

ЭКОНОМИКА И МЕНТАЛИТЕТ Учитывая, сколько времени обычно проходит в нашей стране от первых движений «наверху» до их заметного влияния на будни простого человека, во избежание разочарований не стоит ожидать мощного развития промышленного дизайна в ближайшие месяцы. Тем не менее наши производители осознают, пусть пока и не поголовно, что привлекательный внешний вид продукта напрямую влияет на коммерческий успех. А изменение мировоззрения в данном случае столь же важно, как и инициативы высшей государственной власти: недооценка профессионального дизайна значительной частью наших ученых и производителей негативно сказывается не только на их сегодняшнем успехе, но и на конкурентоспособности отечественной продукции завтра. Лицом любой технологии является предмет – конкретный продукт, полученный с помощью этой технологии. Изменить уверенность соотечественников в том, что мы действительно можем делать вещи по всем параметрам не хуже, чем за рубежом, сложно. С другой стороны, так же сложно искоренить нашу склонность считать себя профессионалами во всем. Поэтому заметная готовность производителей к диалогу с дизайнерами – уже успех. Дальше – хочется их плодотворных совместных действий с государством. Правда, некоторые производители высказывают мнение, что развитие промдизайна в секторе высокотехнологичной продукции необходимо до такой степени, что вполне сможет развиться и без господдержки: рынок заставит. Но тут же оговариваются: это самая недальновидная позиция – не вкладываться в дизайн. Через какое-то время результат многолетнего труда окажется на задворках рынка, и убеждать потребителей, что «внутри он такой же», как и зарубежный аналог, будет поздно. Чтобы узнать, что думают о сегодняшнем рынке промышленного дизайна российские специалисты, работающие в этой сфере, мы задали несколько вопросов руководителям и сотрудникам десяти компаний. Представляем эти мини-интервью в виде обзора. Елена Укусова 47


РУБРИКА

48

В М И Р Е Н А Н О | № 5 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U


В МИРЕ № 5 2010

Необычные флуорофоры Читайте на стр. 19


В мире нано № 5