В мире нано № 4

В МИРЕ № 4 2010

Нанотехнологов трудоустроили Читайте на стр. 12

СОДЕРЖАНИЕ

Приложение к журналу «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ»

Дайджест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Как работодатели «затачивают» образование. . . . . . . . . 6

В МИРЕ

№ 4 2010

Где работают нанофизики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Попасть в элиту: рецепт для вузов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Нанотехнологов трудоустроили . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Вузы, осуществляющие подготовку . специалистов-нанотехнологов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Больше половины компаний ГК «Роснанотех» . уже заказывают R&D в вузах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Концепция роста. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Правовой статус наноматериалов. и нанопродуктов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Медицина и фармацевтика в наномире. . . . . . . . . . . . . . 21 Младшие братья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Деньги освоят самые коммуникабельные. . . . . . . . . . . . 27

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 Редакция: С.В. Новиков, Т.Х. Валавина

Nanopaprika и другие сети для ученых. . . . . . . . . . . . . . . 29

Адрес редакции: Москва, Ленинские горы, Научный парк МГУ, влад. 1, стр. 75Г, корп. 6, офис 628

Мифы нанотехнологий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Телефон/факс: (495) 930-88-08

Перспективы развития рынка . нанотехнологий в России. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Физические и химические процессы . в ракетных двигателях на наноуровне. . . . . . . . . . . . . . . 37 Pret-a-Porter в масштабе нано. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Наноиндустрии в России – быть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Мечты о космосе разбились о реальность. . . . . . . . . . . 42 Современные нанобиотехнологические . приложения бактериородопсина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Технологии во плоти. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2

Подписка: (495) 930-88-06 E-mail: podpiska@nanorf.ru, www.nanoru.ru, www.nanorf.ru Для писем: 119311, Москва-311, я/я 136 В оформлении обложки использована фотография с конкурса «Наука – значит развитие», предоставленная студенткой 5-го курса МИЭТ Соловьевой Натальей 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.

Отпечатано в типографии «МЕДИА-ГРАНД»

В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ДАЙДЖЕСТ Создав ротаксаны на основе ДНК, ученые открыли возможность создания разных наномеханических систем на основе механически запертых двухцепочечных ДНК.

ynse

СОЗДАНИЕ ЛИТЫХ ФОРМ НАНОРАЗМЕРОВ

Химики давно занимаются получением ротаксанов. Слово «ротаксан» происходит из греческого языка, оно значит «колесо и ось». Молекула ротаксана состоит из оси и нанизанного на него кольца. Чтобы кольцо не соскочило с оси, на концах оси расположены стопоры. Все предыдущие ротаксаны на основе ДНК создавали методами органической химии. Они очень маленького размера, работают на наноуровне. Ротаксаны из ДНК можно модифицировать, придать им дополнительные функции. Исследователи доктор Дамиан Акерманн и профессор Михаил Фамулок из Института наук о жизни и медицины при Университете Бонна решили получить ротаксаны из материала, который существует в живой природе, – из ДНК. Ученые сфокусировались на изучении принципа спаривания нуклеотидов в двойную спираль ДНК, для того чтобы создать сложную структуру в наномасштабе. Двойная спираль формирует устойчивый каркас. Более того, часть одной из нитей может быть удалена в определенной позиции, и это можно использовать как место сочленения в конструкции для присоединения других компонентов наномашины. В результате получился ротаксан совершенно нового типа. Это механически стабильный модуль со свободно вращающимся внутренним обручем. Изначальной целью исследователей было создание системы, в которой движение можно контролировать на наноуровне. У ученых есть идеи, как заставить обруч крутиться. Кроме того, такие наномоторы можно объединить с другими биологическими системами, например с белками.

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Один из самых значительных препятствий в микроскопии и микрообработке является дифракционный предел. Этот закон говорит о том, что разрешение изображения не может быть выше, чем приблизительно половина длины волны света, который формирует картинку. Подобным образом, когда свет используется для записи шаблона на микрочипы – процесс, известный как литография, – элементы схемы не могут быть меньше четверти длины волны света. Ученые из Университета Мэриленда заявляют, что они добились уменьшения этого размера до одной двадцатой длины волны света. Одна из полученных в лаборатории структур – сферообразная клемма высотой всего в 40 нм. Если полимеры можно сделать проводниками, их потенциально можно будет использовать в микрочипах. Однако более вероятно, что изобретение найдет применение в биохимии. Поскольку полимерные структуры гораздо меньше клеток, их можно использовать для изучения клеточных функций. Кроме того, полимерные структуры могут использоваться в связующих материалах или в проводящих каналах микрожидкостных чипов – крошечных платформах, на которых протекают химические реакции в наномасштабах.

СОЕДИНЕНИЕ МИКРОМИРА С МАКРОМИРОМ Ученые из Стэнфордского университета США разработали сеть из микропроводов и микроузлов, способную расширяться по площади от нескольких квадратных сантиметров до одного квадратного метра при очень низком уровне напряжения в материале. Таким образом, эту систему можно растягивать в двух измерениях более чем на 25 600 %. Идея состоит в том, чтобы без особых усилий собрать компактную микроскопическую или наноскопическую систему на очень малой площади, а потом, растянув сеть, моментально распределить микроустройства по большой площади. Покрыв микропроволоки слоем алюминия, ученые добились превращения системы в электрическую сеть – с ее помощью можно питать самые разнообразные электрические устройства, размещенные в узлах. Микроузлы на краях се-

ти могут использоваться для ввода и вывода электрических сигналов. Технология создания сети также весьма необычна. В качестве основы для нее выступает полиимидная пленка «каптон», используемая, в частности, в качестве изоляции для космических скафандров и электропроводки в космических шаттлах NASA. Сеть просто вырезается из десятисантиметрового куска пленки вместе со всеми необходимыми петлями и изгибами микропроволок. Авторы работы видят огромное количество приложений для своего изобретения. Оно не только поможет распределять микродатчики по большой площади, но и позволит создавать чрезвычайно компактное электронное оборудование, дисплеи толщиной с бумажный лист, «умные» электронные ткани и тому подобное; может стать основой для сверхпрочных и сверхлегких материалов для нужд авиастроения или для содержащей огромное количество датчиков искусственной кожи.

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА

Jose Maria Cuellar

ДНК И НАНОМОТОРЫ

Наночастицы золота склонны к самоорганизации, они скапливаются в минералах-концентраторах, что приводит к образованию золоторудных месторождений. Исследования феномена проводят специалисты Института геологии и природопользования ДВО РАН под руководством академика РАН Валентина Моисеенко. Для многих золоторудных месторож дений характерно присутствие галенита – сульфида свинца. Галенит всегда содержит серебро, а в микрометровых и наноразмерных его кристаллах встречается золото, которого иногда даже больше, чем серебра. В самородном золоте встречаются также кристаллы англезита – сульфата свинца, – которые, в свою очередь, содержат нанозолото. В галенитах многих месторождений Приамурья исследователи обнаружили наночастицы серебра и золота, причем концентрация 3

ДАЙДЖЕСТ благородных металлов в галените в десятки и сотни раз превышает их среднее содержание в земной коре. Иными словами, галениты играют роль минералов – концентраторов нанозолота. Ученые убеждены, что к увеличению общего количества золота в образцах алхимия непричастна, просто геологи еще не научились точно определять количество нанозолота в рудах и породах. А это золото склонно переходить из дисперсного в конденсированное состояние, формируя затем золоторудные месторождения.

имущественно через почки с мочой, а в более поздние сроки наблюдения – и через печень с калом. Больше всего частиц оседает в селезенке и почках, причем их количество в этих органах достигает пика на 7-е сутки. В легкие, судя по всему, частицы вообще не попадают.

Rick Eh

4

Ученые из Германии и Исландии успешно продемонстрировали процесс полного оптического усиления в плазмонном волноводе. Плазмон представляет собой квазичастицу, описывающую резонансные колебания электронов в плазме, в частности в плазме твердых тел. Световой сигнал можно превратить в плазмонный, заставить его распространяться по поверхности металла или даже сквозь металл – при этом колебания распространяются по плазме свободных электронов. На другом конце волновода плазмонный сигнал можно снова превратить в световой. Наиболее интересны поверхностные плазмоны, распространяющиеся по границе металла и диэлектрика: световой сигнал с их помощью можно «спрессовать» в крайне малом объеме, гораздо меньшем, чем в любом традиционном световоде, например оптоволокне. Меньший объем означает и намного большую скорость передачи информации. Наука о плазмонах – плазмоника – способна внести свой вклад во многие области науки и техники. На основе плазмонной технологии можно создавать компактные устройства связи, оптические компьютеры, сверхчувствительные микроскопы для обнаружения и описания клеток, вирусов и даже отдельных молекул, благо размеры плазмонов это позволяют. И тем не менее до сих пор плазмоника стояла перед очевидным препятствием: оптический сигнал в виде плазмонной моды очень быстро затухает в волноводе просто из-за электрического сопротивления. Необходим какой-то усилитель, компенсирующий это затухание и позволяющий сигналу дойти до конца волновода в неизменном виде. Пос троенное учеными ус тройство представляет собой тонкую золотую пленку в оболочке из высокофлюоресцентного полимера, подвергнутой оптической накачке с помощью лазера очень высокой частоты. Усилитель подсоединяется к плазмонному волноводу; плазмоны оттуда проходят по золотой пленке в следующий волновод. Вынужденное излучение накопленной в флюоресцентном полимере энергии подпитывает плазмонные сигналы, повышая их интенсивность.

John Dalkin

ПЕРВЫЙ ПЛАЗМОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ЗОЛОЧЕНИЕ МЫШЕЙ ИЗНУТРИ

Наночастицы металлов, в том числе золота, активно начинают использовать в качестве контрастирующих агентов при диагностике заболеваний и агентов по доставке лекарств. Но прежде всего нужно знать, как наночастицы распределяются по организму и выводятся из него и не вызывают ли патологических изменений. Эти вопросы исследовали специалисты Нижегородской государственной медицинской академия Росздрава и Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН. Опыт проводили на мышах: вводили в хвостовую вену смесь золотых наночастиц. Летального исхода не было ни сразу, ни в течение последующих двух недель. Измененного поведения или признаков отравления исследователи также не наблюдали. Ученые исследовали образцы тканей животных методом световой микроскопии и не обнаружили нарушений их структуры. Все это говорит об отсутствии негативного воздействия частиц на нервную систему и жизненно важные органы. Далее, чтобы увидеть, как распределяются наночастицы по организму мыши, ученые использовали электронный микроскоп. На основании исследований ученые сделали заключение о динамике циркуляции наночастиц в организме животных. Очевидно, в течение всего времени наблюдения, особенно в первые сутки, частицы выводятся из организма пре-

НАНОЧАСТИЦЫ ПРОТИВ МИКРОБОВ

Специалисты Института проблем химической физики РАН и Института молекулярной генетики РАН обобщили известные науке данные об антимикробном и антивирусном действии наночастиц благородных металлов и широкозонных полупроводников. Соединения серебра применяют и для очистки и дезинфекции питьевой воды. Известно, что ионы серебра повреждают цитоплазматическую мембрану клеток и нарушают процесс клеточного дыхания. Наночастицы серебра действуют сходным образом, поскольку выделяют ионы серебра. В некоторых случаях их действие даже более выражено, чем действие ионов. Дело в том, что большинство солей серебра, попадая в биологическую среду, образуют нерастворимый осадок. Наночастицы же находятся в рабочем состоянии гораздо дольше. Не исключено, однако, что существуют и другие, еще неизвестные взаимодействия наночастиц с клетками бактерий. Металлические наночастицы и наночастицы широкозонных металлоксидных полупроводников способны эффективно ингибировать болезнетворные организмы при облучении светом видимого или ближнего ультрафиолетового диапазонов. В отличие от жесткого ультрафиолета, который используют для дезинфекции помещений, ближний диапазон почти не опасен для высших организмов. Особенно эффективны бинарные наночастицы, состоящие из металлической и полупроводниковой частей, например наночастицы диоксида титана с высаженными на их поверхности наночастицами серебра, золота, платины или палладия. Механизм бактерицидного действия наночастиц, активированных светом, для разных частиц различен. При облучении видимым светом наночастицы серебра, золота и меди разогреваются на несколько градусов или несколько сотен градусов. При импульсном режиме облучения нагревается локальная область вблизи наночастицы. Это свойство можно использовать для разрушения раковых клеток и микропаразитов. В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ДАЙДЖЕСТ ладают существенным недостатком – в результате их применения получается смесь трубок, обладающих проводимостью полупроводникового и металлического типа. Особенность новой технологии, разработанной совместно в Университете Дьюка (США) и в Пекинском университете (Китай), заключается в использовании смеси этанола и метанола в качестве исходного газа, из которого полупроводящие углеродные нанотрубки осаждаются на поверхность монокристалла кварца с выходом 95–98 %. По мнению ученых, критически важными являются введение в исходную смесь определенного количества метанола и взаимодействие между нанотрубками и кристаллической решетки кварца, хотя механизм этого процесса до конца не понятен исследователям. Метод дает стабильные воспроизводимые результаты, его легко можно адаптировать к технологиям современной кремниевой электроники, что является важным шагом к электронике на основе нанотрубок. Глава проекта, Джи Лю из Университета Дьюка, считает, что, используя ту же самую идею, можно получать и нанотрубки, обладающие только металлическим типом проводимости.

На микроскопических масштабах вещества ведут себя иначе. Профессор биомедицинских наук из Мичиганского университета исследовал новый случай такого поведения материала, изучение которого может привести к созданию быстрых и менее дорогих портативных диагностических устройств и отодвинуть границы в проектировании микромеханических устройств и лабораторий на микросхемах. В макромире материалы, называемые проводниками, эффективно проводят электрический ток, а изоляторы, или диэлектрики, электричество не проводят, разве что к ним приложат очень высокое напряжение, которое вызовет пробой. В условиях экстремальных напряжений, к примеру при ударе молнии в крышу, диэлектрик – в данном случае кровля крыши – подвергается необратимым разрушениям. Однако, согласно данным Алана Ханта, на наномасштабе все выглядит подругому. Его исследовательской группе удалось пропустить электрический ток через тонкую полоску стекла, не повредив при этом диэлектрик. По утверждению ученого, такое явление возможно только на наноуровне, в макромасштабе диэлектрик нагревается до экстремальных температур и разрушается. Открытие произошло случайно. Два канала в экспериментальном наножидкостном устройстве легли неправильно, но ученые заметили, что электричество все-таки проходит через устройство. Исследователи были удивлены, что получили результат, противоположный общепринятому мнению о непроводящих материалах. В следующем исследовании ученым стала понятна причина такого поведения.

УГЛЕРОД

Geoff Hutchison

ВЫРАСТИТЬ НАНОТРУБКУ!

Объединенная группа исследователей из США и Китая обнаружила новую методику выращивания ориентированных массивов однослойных углеродных нанотрубок с чрезвычайно высоким содержанием трубок-полупроводников. Однослойные углеродные нанотрубки обладают весьма большим потенциалом применения в различных электронных приборах, однако современные технологии производства нанотрубок обW W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Российские ученые из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН разработали эффективный метод, позволяющий получать нанопористые углеродные материалы с заранее заданными свойствами и формой. Область применения получаемых материалов чрезвычайно широка: их можно использовать, например, в качестве сорбентов для очистки воды от особо вредных веществ, электродов суперконденсаторов, холодных эмиттеров, мембранных элементов и носителей катализаторов. Сущность метода – разумеется, в простейшем изложении – такова. Порошки карбидов смачивают спиртом и прессуют, чтобы придать будущему изделию нужную форму. Затем его «пропитывают пироуглеродом». За этими словами – довольно сложный процесс, в ходе которого заготовку сильно нагревают, пропуская через нее природный газ – метан. Часть метана при этом разлагается на водород, который, естественно, улетает, и углерод, который осаждается на поверхности частиц карбида. «Пропитанную» заготовку нагревают еще раз, но теперь – в атмосфере хлора. Более активный хлор буквально «выпихивает» из карбидов атомы карбидообразующих элементов в виде их летучих хлоридов и, покидая место действия, выходит из сферы реакции. А углерод остается.

НАНОРЕМОНТ ПОВЫСИТ РЕСУРС ТЕХНИКИ

Argonne National Laboratory

НОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОМАТЕРИАЛОВ

Группа сотрудников Московского государственного агроинженерного университета под руководством профессора В.И. Балабанова разработала методику безразборного восстановления оборудования. Безразборное восстановление трущихся поверхностей деталей машин и оборудования – это комплекс мероприятий по их техническому обслуживанию и ремонту без проведения разборносборочных операций с применением передовых разработок автохимической промышленности, в том числе нанотехнологий. Созданные и исследованные автохимические препараты для безразборного сервиса техники отнесены к нанотехнологическим разработкам по трем основным критериям: • применение в их составе наноразмерных частиц – ультрадисперсные алмазы и металлические порошки, модифицированный графит; • использование компонентов, произведенных с помощью нанотехнологий, например золь-гель-технологии; • формирование на поверхностях трения вследствие взаимодействия с активными компонентами этих препаратов защитных наноструктурированных покрытий. Мероприятия безразборного восстановления с применением нанотехнологических препаратов автохимии обеспечивают повышение износостойкости трущихся соединений и ресурса техники до 50 %; уменьшение потерь на трение и эксплутационных затрат в 2–3 раза при снижении вредных выбросов в два и более раз. По материалам ИнформНауки, http://strf.ru/inform.aspx 5

ОБРАЗОВАНИЕ

Как работодатели «затачивают» образование

На сегодняшний день отобрано уже 20 программ. Победителями конкурсов стали ведущие университеты Москвы, Санкт-Петербурга, Белгорода, Иркутска, Перми, Екатеринбурга, Рыбинска, а также научные центры – Институт химии силикатов РАН и Институт биологии гена РАН. Из 20 отобранных по конкурсу программ большая часть уже идет: проходят переподготовку сотрудники таких проектных компаний, как ООО «Вириал» (СанктПетербург), ООО «Группа НИТОЛ» (Иркутск), ООО «Субмикронные технологии» (Томск), ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (Пермь), и ряда других. До октября 2010 года начнутся все отобранные программы.

Многие представители вузов, где есть нанотехнологические специальности или направления, на вопрос о месте работы выпускников отвечают обычно – «в ГК "Роснанотех"». Корпорация рассматривается ими как очень крупный работодатель. Это действительно так?

– Во-первых, нужно сказать следующее: нанотехнологии и ГК «Роснанотех» – это не одно и то же. Нанотехнологии применяются во всех отраслях. Это не отраслевая, а сквозная технология. Она есть в машиностроении, металлургии, химии, в электронике – где угодно. Соответственно, специалисты, владеющие современными технологиями, могут находить применение фактически на любых предприятиях и в любых компаниях, которые действительно занимаются инновациями, где меняют технологии, переходя на новые материалы, связующие, покрытия и т.д. И в этой связи рынок достаточно широкий для потенциального использования тех знаний и навыков, которые ребята получают по соответствующим специальностям. Правда, здесь есть одна особенность, которая присуща российскому профессиональному образованию, суть которой состоит в следующем: образовательные программы зачастую отстают от современных технологий, применяемых на производстве. И поэтому те программы, которые делает ГК «Роснанотех» (я подчеркиваю, корпорация разрабатывает главным образом программы повышения квалификации, а не программы подготовки бакалавров и специалистов), сформулированы на основе требований к компетенциям, навыкам и знаниям специалистов, применительно к конкретным рабочим процессам тех компаний, которые мы поддерживаем.

6

Игнат Соловей

Образовательная концепция ГК «Роснанотех» одобрена в августе 2009 года. Начиная с ноября прошлого года госкорпорация уже объявила результаты трех циклов конкурсов «Разработка и апробация программ опережающей подготовки и переподготовки и учебнометодических комплексов, ориентированных на проектные компании». На данный момент состоялось 20 конкурсов. По словам заместителя генерального директора ГК «Роснанотех» Андрея Свинаренко, многие организации-победители уже приступили к подготовке кадров.

Андрей Свинаренко: «Образовательные программы зачастую отстают от современных технологий»

В числе программ, разрабатываемых и реализуемых при поддержке «Роснано», есть программы магистратуры. Они заказываются проектными компаниями в тех случаях, когда производство начинается через некоторое время после создания компании, то есть, у предприятия есть время подготовить для себя кадры более высокой квалификации. В этих случаях вузы создают для компаний специальные магистерские программы, собирая все имеющиеся у них ресурсы, аккумулируя усилия разных факультетов, кооперируясь с другими вузами и т.п. В настоящее время идет обучение будущих инженеров для ЗАО «ОптоГан» (совместно с университетами и научнопроизводственными центрами Германии) и для ЗАО «Препрег-СКМ» (в программе участвуют четыре факультета МГУ). По информации пресс-службы ГК «Роснанотех»

Специалисты, которые получают первое образование, учатся по учебному плану, сформированному университетом. И далеко не всегда они готовы с первого же дня точно соответствовать тем требованиям, которые сегодня действуют в этих компаниях. Мы озаботились этой проблемой и занимаемся разработкой профессиональных стандартов, которые описывают все характеристики специалиста, необходимые для работы в тех или иных направлениях, связанных с нанотехнологиями. Корпорация взаимодействует с Российским союзом промышленников и предпринимателей, который является общероссийским объединением работодателей, и в рамках методологии, которая нами выработана, предполагается утверждение этих профессиональных стандартов после обсуждения экспертным сообществом. Поскольку профессиональный стандарт уровневый, он рассчитан не только на высшее профессиональное образование, но и на среднее специальное. Поэтому, с одной стороны, мы стараемся оказать влияние на академическое и университетское сообщество через выработку таких стандартов и соответствующую коррекцию образовательных программ. С другой стороны, мы готовим под конкретные задачи специальные образовательные программы, которые в основном связаны с переподготовкой специалистов. Хотя у нас есть две магистерские программы. Коррекция образовательных программ уже идет в соответствии с утвержденными выработанными профессиональными стандартами для нанотехнологов? В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ИНТЕРВЬЮ – В настоящий момент профессиональные стандарты утверждены не по всем направлениям, но это не означает, что нет никаких условий для коррекции существующих образовательных программ. Если вы знаете, то новое поколение стандартов в этой области предполагает вариативность образовательных программ. Так, в магистратуре – 70 процентов вариативности, в бакалавриате – 50 процентов. Что это означает? Университет должен взаимодействовать с рынком труда и подстраивать свои учебные планы в рамках своих полномочий под те запросы, которые идут с рынка труда. Да, безусловно – есть проблемы, связанные с тем, что не всегда эти запросы достаточно точно сформулированы. Но это процесс. С целью обеспечения растущих кадровых потребностей проектных компаний в 2010 году начался отбор образовательных программ, сочетающих специфические для компаний инженерно-технические знания с формированием менеджерских и предпринимательских навыков в области коммерциализации технологий, организации и ведения высокотехнологического бизнеса. Эти образовательные программы предусматривают активное вовлечение международного опыта: стажировки, приглашение ведущих зарубежных специалистов, создание совместных программ. Первая программа по управленческой проблематике в настоящее время разрабатывается, и первые занятия пройдут в сентябре 2010 года. Слушателями этой программы станут сотрудники таких проектных компаний «Роснано», как ЗАО «Галилео Нанотех» (Москва), ООО «ДанафлексНано» (Казань), ЗАО «ОптоГан» (СанктПетербург), ОАО «Авангард» (СанктПетербург). Переподготовку пройдут инженеры этих компаний, которые будут, главным образом, получать компетенции менеджера инновационной компании. Помимо этого каждая подгруппа освоит специальные модули, направленные на развитие профессиональных знаний и умений, связанных с конкретными технологиями. Программу ведут признанные вузы: управленческий блок – Академия народного хозяйства при Правительстве РФ, технологический блок – исследовательский университет «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» (ИТМО). По информации пресс-службы ГК «Роснанотех» W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

И там, в этих университетах, выпускники не «мечутся», а уже точно после третьего курса определяются, где они впоследствии будут работать. И «затачивают» этих ребят именно под потребности данных компаний. Каковы промежуточные итоги в работе над стандартами?

– На данный момент разрабатываются стандарты для таких специализаций, как наноинженерия, метрология, материаловедение. В их выработке участвуют специалисты-ученые, практики, наши проектные компании, компании, работающие на этом рынке, представители РАН, РНЦ «Курчатовский институт», вузовские профессора. Это совместная работа. Стандарты еще не утверждены, идет первое обсуждение. Что именно нужно изменить в образовательных программах вузов по нанонаправлению? Коррекция касается базовых дисциплин, специальных?

– Нас интересуют конкретные знания конкретных технологий, которых зачастую в образовательных программах не существует. С такими программами часто получается как с теми генералами в штабах, которые готовятся к прошедшей войне. Как это изменить? Это всеобщая задача. Не может одна корпорация в одиночку эту проблему решить. Так же, как университет в одиночку не может справиться с ней. Проблема взаимодействия, организация эффективного взаимодействия – это основная задача. Условия для ее решения сейчас созданы. Есть права у работодателей, есть влияние на содержание программ, есть интерес университетов (особенно с учетом нынешней демографии) взаимодействовать с работодателями. Поэтому я рассчитываю на результаты. Целый ряд университетов таким образом работает. В Рыбинске запущено производство с участием ГК «Роснанотех», и еще раньше было объявлено, что Рыбинская государственная авиационная технологическая академия (РГАТА) будет готовить специалистов для него. Как идет процесс их обучения?

– Образовательная программа разработана. Среди ее участников – РГАТА, РНЦ «Курчатовский институт», МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ «Станкин», Центр коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика микро- и наноструктур» в Ярославле. То есть это совместная программа. Построена она по модульному принципу. Соответственно, мы сейчас вводим требование ко всем программам – меж-

В реализации программы для инженеров ЗАО «НИР» в РГАТА (Рыбинск) примут участие лидеры производства оборудования для инструментального производства — фирма WALTER Maschinebau GmBH (Германия) и фирма «Галика АГ» (Швейцария-Германия): обучение слушателей программы пройдет на новейших образцах оборудования и продукции данных фирм. Преподаватели – ведущие зарубежные специалисты в этой области: М. Бельзак (Швейцария), А. Приставшек и З. Суровец (Польша), К. Хендл (Германия). По информации пресс-службы ГК «Роснанотех»

дународное участие, чтобы в них были учтены передовые технологии. Так, в программе в Рыбинске будут задействованы профессора из Германии, Швейцарии, Польши. Она, на мой взгляд, вполне сбалансирована с требованиями работодателей. Сейчас, буквально через неделю, начнется подготовка 25 человек из числа сотрудников инженернотехнического состава ЗАО «НИР». Есть ли выпускники у ваших программ повышения квалификации? Какие об этих специалистах мнения?

– Выпусков еще нет, они будут в этом году. Как вы отбираете вузы, с которыми предполагаете сотрудничать?

– Вузы для всех 20 программ, которые одобрены (их список есть на сайте), мы отбираем на конкурсе. Мы не приходим к конкретным организациям и не говорим: «Мы эту программу будем делать с вами». Напротив – мы объявляем конкурс, публикуем информацию в открытом доступе в Интернете. Немногие вузы участвуют в этих конкурсах. Знаете, почему? Потому что мы выставляем довольно жесткие требования. И технические задания, как говорят представители вузовской общественности, существенно серьезнее, чем те, к которым они привыкли. Более того, здесь постоянно идет мониторинг со стороны корпорации и проектных компаний, к чему они тоже не очень привыкли. Поэтому условия некомфортные. Но те, кто удовлетворяет этим требованиям, имеет перспективы. Они, в том числе и за счет ГК «Роснанотех», получают дополнительный интеллектуальный ресурс и могут его применять в своих программах подготовки специалистов основного высшего профессионального образования. Беседовала Татьяна Пичугина 7

ОБРАЗОВАНИЕ

Где работают нанофизики Решение о создании в Нижнем Новгороде Института физики микроструктур РАН было принято в 1993 году. Тем самым руководство РАН и правительство России подтвердили мировой уровень работ нижегородских физиков в области высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Более того, институт разместился в специально построенном здании, что для начала 90-х было явно нерядовым событием. По-прежнему ли ВТСП – среди главных научных направлений Института?

– Эта проблема, безусловно, остается в сфере наших интересов. В то же время за прошедшие два десятилетия ажиотажа вокруг ВТСП стало меньше — и интерес к этой проблеме, можно сказать, вышел на «стационарный» уровень. Недавно я делал доклад о работе Института на Бюро отделения физических наук РАН и передал руководству отделения обращение нашего ученого совета заменить в формулировке основных направлений исследований, порученных институту, слова «высокотемпературная сверхпроводимость» на «сверхпроводимость, включая высокотемпературную». В настоящее время в нашем институте много и успешно занимаются низкотемпературной сверхпроводимостью, да и в мире не принято сейчас разделять сверхпроводимость на обычную и высокотемпературную. Хочу отметить, что теоретическая группа, занимающаяся в ИФМ сверхпроводимостью, в том числе сверхпроводимостью в области температур порядка 4 К и даже ниже, – одна из самых успешных в России и в мире. В вашем институте есть базовая кафедра Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского – «Физика наноструктур и наноэлектроника». Как идет подготовка кадров?

8

ИФМ РАН

Кафедра «Физика наноструктур и наноэлектроника» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского существует с 2004 года. Для того чтобы студенты понимали, чем им предстоит заниматься и куда они потом смогут устроиться на работу, кафедру под личный патронаж взял академический институт. О том, как готовить научные кадры, рассказывает его директор Захарий Красильник.

Захарий Красильник: За семестр студенты проводят два-три экспериментальных исследования в ИФМ РАН

– Я считаю подготовку и воспитание кадров одной из приоритетных задач академического института. Замечу, что в Нижнем Новгороде – в первую очередь благодаря Институту прикладной физики РАН – сложилась эффективная система подготовки кадров для последующей работы в академическом институте, система поддержки тех школьников, которые хотят и могут

Красильник Захарий Фишелевич, директор Института физики микроструктур РАН, заместитель председателя президиума ННЦ РАН. Профессор, доктор физико-математических наук, лауреат государственной премии СССР в области науки и техники (1987). Член двух специализированных советов по защите диссертаций, научного совета РАН по проблеме «Физика полупроводников», научных советов программы «Физика твердотельных наноструктур» Министерства образования и науки РФ, российскоукраинской программы «Нанофизика и наноэлектроника». Заведующий межфакультетской базовой кафедрой ННГУ им. Н.И. Лобачевского в ИФМ РАН «Физика наноструктур и наноэлектроника».

учиться. Со временем они становятся студентами, и университетские базовые кафедры в академических институтах дают им дополнительную возможность получить элитарное (в хорошем смысле этого слова) образование. Что касается нашей кафедры, то «поступить» на нее может любой студент физического и радиофизического факультетов ННГУ и, конечно же, факультета «Высшая школа общей и прикладной физики» (ВШОПФ). В тех случаях, когда студенты выбирают специализацию в нашем институте, часть учебной нагрузки той кафедры, с которой они к нам пришли, им заменяют курсами и спецкурсами нашей кафедры. Хочу подчеркнуть, что «Физика наноструктур и наноэлектроника» была первой официально открытой базовой кафедрой университета в академическом институте. При этом на момент создания кафедры (чем мы обязаны тогдашнему ректору ННГУ Роману Стронгину и проректору Сергею Гурбатову) юридические нормы, определяющие ее статус, отсутствовали. И только в 2007 году был принят закон (Федеральный закон Российской Федерации от 1 декабря 2007 года № 308-ФЗ «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам интеграции образования и науки». – Ред.), разрешающий, в частности, университетам создание базовых кафедр в академических институтах. Отныне этот факт не может интерпретироваться как нецелевое использование средств: помещений, оборудования, финансов. Принятие закона стало, безусловно, шагом в нужном направлении. На сайте кафедры я обнаружил раздел учебного плана с необычным названием «Учебно-научный эксперимент». Расскажите об этом подробнее.

– Готовить для себя кадры мы начали достаточно давно. С первых лет существования ВШОПФа наши сотрудники обеспечивали специализацию студентов факультета в области физики конденсированных сред. Эта деятельность, естественно, стала органичной составляющей работы новой кафедры. Вместе с тем нам обязательно нужно было привести студентов физического и радиофизического факультетов в Институт и показать, что их ждет на старших курсах, если они выберут для специализации нашу кафедру. С этой целью и был разработан экспериментальный практикум, о котором вы спрашиваете. СтудентыВ М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

третьекурсники приходят в наш институт, объединяются в небольшие группы по два-три человека и в течение нескольких недель выполняют в институтских лабораториях свои эксперименты на рабочих местах, где ведутся основные исследования. А рядом с ними работают научные сотрудники института. Потом они переходят в другую лабораторию и могут выполнить другой эксперимент. За семестр им удается провести два-три экспериментальных исследования, причем некоторые студенты просят разрешить им остаться в институте еще на семестр. Больше всего в учебнонаучном эксперименте работ по физике полупроводников – что неудивительно, поскольку соответствующий отдел является в ИФМ самым большим. Когда учебно-научный эксперимент заканчивается, мы проводим конференцию, на которой студенты делятся друг с другом тем, чему они научились. Рассказывают о постановке задач, о методах их решения, об интерпретации полученных результатов. Таким образом, на протяжении семестра мы стараемся максимально познакомить ребят с институтом. И только после этого знакомства они принимают решение, где им делать курсовую работу, а вслед за ней – бакалаврскую, магистерскую и, возможно, кандидатскую диссертацию. Для тех же, кто в итоге выбрал нашу базовую кафедру, мы ввели обязательную форму отчетности – участие в студенческой конференции. Один раз за семестр, в декабре и в мае, учащиеся должны на ней выступить и рассказать, как движется их работа. Кроме того, у нас существует постоянный образовательный семинар студентов и аспирантов. Он весьма популярен и обычно собирает 80–90 участников, в числе которых и маститые ученые. В прошлом году я участвовал в проверке работ по физике, представленных на ЕГЭ. По моим оценкам, на всю область часть «С» более-менее хорошо написало порядка сотни человек. В то же время в нижегородских вузах хорошее знание физики требуется не только на трех упомянутых вами «физических» факультетах ННГУ, но и на радиофаке Технического университета. Высокий балл по физике нужен для поступления на ВМК и на ряд других специальностей. Сотни человек явно на всех не хватит. Откуда вы кадрыто будете брать?

– Падение уровня образования, демографическая яма, в которую мы «успешно» проваливаемся, – проблемы известные, и они не могут нас не касаться.

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Argonne National Laboratory

ИНТЕРВЬЮ

За семестр студенты Нижегородского государственного университета проводят два-три исследования

Те сто человек, о которых вы говорили, впоследствии пополняются теми, к примеру, кто был не вполне успешен в школе, а «раскрылся» уже в университете. Если это произошло на младших курсах, когда еще не потеряна возможность получить хорошее образование, это – удача. Мы таких ребят стараемся не пропустить и заинтересовать нашими задачами – и через учебно-научный эксперимент, и посредством личных бесед. К тому же наши потребности в новых сотрудниках не так велики. Нам в первую очередь важно понять, может ли конкретный молодой человек у нас учиться, в состоянии ли он справиться с нагрузкой. Есть целый ряд обстоятельств, из-за которых хороший школьник может не стать хорошим студентом, а последний – хорошим аспирантом. Немало случаев, когда студент блестяще заканчивал университет, а успешный ученый из него не получался. Вы не думали привлекать к специализации в области нанофизики и наноэлектроники студентов из соседних с Нижним Новгородом городов?

– В наших планах – подготовка студентов для Российского федерального ядерного центра (РФЯЦ) в Сарове. Недавно мы были там и обсуждали с представителями РФЯЦ эту тему. На данный момент начать такую подготовку мешают два обстоятельства. Во-первых, РФЯЦ пока не очень активно связывает

свою деятельность с программой развития нанотехнологий, хотя в Саровском технопарке, расположенном в поселке Сатис, ряд фирм позиционирует себя в качестве тех, чья деятельность связана с областью нанотехнологий. Во-вторых, школьники из Сарова зачастую выбирают для учебы филиал МИФИ – Саровский государственный физикотехнический институт — либо вообще уезжают учиться в Москву. Нижний Новгород как место учебы для них пока не слишком привлекателен. Как вам удалось уговорить читать лекции и вести практикумы по кристаллографии самого ректора Нижегородского университета – профессора Евгения Чупрунова?

– Мы попросили его прочитать курс кристаллографии, еще когда он был проректором. Евгений Владимирович это предложение принял и, насколько я знаю, об этом не пожалел. Он увидел перед собой в аудитории очень умных ребят, а для лектора это праздник – читать лекции молодым людям, которые живо реагируют на сказанное и могут задавать интересные вопросы. Беседовал Борис Булюбаш для STRF.ru Борис Булюбаш – доцент кафедры общей и ядерной физики Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, много лет сотрудничает со СМИ как внештатный автор.

9

ОБРАЗОВАНИЕ

Попасть в элиту: рецепт для вузов БелГУ – единственный вуз не только Белгородской области, но и всего Центрального федерального округа (за исключением столичных университетов), который прошел строгий отбор и получил статус национального исследовательского университета (НИУ). Еще десять лет назад в возможность такой победы бывшего пединститута вряд ли мог кто-то поверить. Сегодня по объемам научных исследований он конкурирует с ведущими техническими вузами. емалую заслугу в развитии вуза сыграли региональные власти. Во второй половине 90-х годов они проявили заинтересованность в том, чтобы Белгород, который в советские годы пребывал в тени соседнего Харькова, приобрел статус университетского города. Вложения областного бюджета в развитие БелГУ исчисляются сотнями миллионов рублей. Вуз оснащен по последнему слову техники, может похвастать современным кампусом и развитой инфраструктурой. Площадь университетского комплекса составляет более 200 тысяч квадратных метров. За последние десять лет на его развитие потратили свыше пяти миллиардов рублей из разных источников финансирования. «Мы поставили цель создать саморазвивающийся, самодостаточный университет, – говорит ректор БелГУ Леонид Дятченко. – Университет, который способен решать любые социальные, экономические, организационные и научно-технологические задачи – вплоть до внедрения научных разработок в производство, создания собственных предприятий и выхода с конкурентоспособной продукцией на рынки сбыта. На логотипе нашего университета написано: «БелГУ – университет XXI века». Учебное заведение с таким девизом должно внедрять новые прогрессивные програм-

БелГУ

Н

Почетные гости в БелГУ не редкость: на снимке ректор БелГУ, президент России и губернатор Белгородской области, 2008 год

БелГУ

мы обучения. Благодаря новому статусу мы выходим на иной уровень и становимся одним из элитных вузов страны». В этом году БелГУ как победитель конкурса исследовательских университетов получит из федерального бюджета 400 миллионов рублей. Всего же в ближайшие пять лет дополнительное финансирование составит 1.8 миллиарда рублей (так же, как и остальных НИУ). Это значит, что удастся завершить начатые проекты и приступить к новым. Приоритетный объект – расположенный на территории природного парка «Нежеголь» спортивнооздоровительный комплекс на 600 мест. Кроме того, БелГУ планирует строительство нового общежития на 1000 мест и дома для молодых ученых на 80 квартир. О планах развития БелГУ в новом статусе рассказывает проректор по научной работе Андрей Пересыпкин.

Главное здание БелГУ

10

В чем конкурентные преимущества БелГУ, благодаря которым вузу удалось победить в конкурсе НИУ?

– Существует такой термин – «градообразующее предприятие». Наш университет играет значительную роль в экономике региона. Сегодня БелГУ – это многопрофильный научно-образовательный комплекс, который способен успешно адаптироваться к социально-

эк о н о м и ческ и м и о бщест веннополитическим изменениям. Почему мы уверены в нашем успехе? Во-первых, у нас сильный научнопедагогический коллектив (около 1.5 тысячи человек, в том числе более 70 научных сотрудников). Возраст более половины из них не превышает 45 лет – показатель, достаточно хороший для России. Деятельность ученых БелГУ характеризует высокая грантовая активность. Только в 2009 году сотрудниками университета подано 280 заявок на участие в конкурсах федеральных целевых программ и грантов различных научных фондов, из них поддержано 90 проектов (32 процента). Во-вторых, вуз обладает развитой инфраструктурой для проведения научных исследований на высоком уровне. В первую очередь это нанотехнологический центр БелГУ, в котором есть не только экспериментальное и диагностическое, но и научно-технологическое, производственное оборудование общей стоимостью более 1 миллиарда (!) рублей. Центр работает в режиме коллективного пользования для соседних областей Центрально-Черноземного и других регионов России. В-третьих, нас поддерживает правительство Белгородской области, поскольку университет играет системообразующую роль в развитии региональной экономики. Это подтверждается его активным участием в программах социально-экономического развития Белгородской области. Вуз тесно взаимодействует с предприятиями по внедрению опытно-конструкторских разработок. Объем коммерциализации за последние четыре года составил более 200 миллионов рублей. Региональные власти в ближайшие три года намерены вложить более 210 миллионов рублей в модернизацию и реконструкцию зданий и сооружений нанотехнологического центра БелГУ. Помимо правительства Белгородской области финансовую поддержку программных мероприятий окажут Фонд развития БелГУ, а также различные зарубежные, российские и региональные предприятия и организации. В-четвертых, образовательную систему БелГУ характеризует высокая интеграция в экономическое, социальное и интеллектуальное пространство Белгородской области. Мы доказали, что можем регулировать объемы подготовки профессиональных кадров необходимого уровня и квалификации, исходя из потребностей регионального рынка труда. Новый статус – это не только деньги, но и ответственность… В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ОБРАЗОВАНИЕ

БелГУ

для своих нужд. В-третьих, новые возможности открываются для повышения квалификации и стажировок: настоящий ученый не может «вариться в собственном соку», не участвуя в конференциях. В-четвертых, новый импульс за счет повсеместной автоматизации получит система качества образования в университете. В-пятых, средства будут также направляться на разработку учебнометодических комплексов. Важно, что сотрудникам БелГУ не придется самостоятельно объявлять тендеры на закупку оборудования, софта или повышение квалификации. Все тендеры по предоставленным вузом техническим заданиям будет проводить Минобрнауки. Это значительно облегчит труд вузовских сотрудников.

На территории природного парка «Нежеголь» располагается спортивнооздоровительный комплекс на 600 мест

в общих доходах вуза с 20 до 44 процентов. Уже сейчас по развитию научной и инновационной деятельности мы смогли опередить не только классические вузы, но и многие технические. Новый статус расширит наши возможности коммерциализации разработок. К семи малым инновационным предприятиям, которые уже открылись в университете, прибавятся новые. Мы планируем, что их будет 55. Как национальный исследовательский университет БелГУ примет участие в развитии тех направлений экономики Белгородской области, которые являются наукоемкими. К ним в первую очередь относятся горно-металлургический, медикобиологический, агропромышленный и строительный кластеры. Коммерциализация разработок позволит обеспечить финансовую устойчивость вуза с долей внебюджетного финансирования в доходах НИУ от образовательной и научной деятельности до 68.5 процента. На что будут тратиться полученные от государства средства?

– Во-первых, университет продолжит закупать исследовательское и технологическое оборудование. Во-вторых, ученые вуза получат возможность заказывать разработку программного обеспечения W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Изменится ли международный статус БелГУ?

– Одна из задач национального исследовательского университета – интеграция в мировое образовательное пространство. Рост иностранных студентов в России способствует распространению русского языка и формированию пророссийских настроений в зарубежных странах, куда возвращаются после обучения выпускники наших вузов. Будучи частью Университета Шанхайской организации сотрудничества, БелГУ будет готовить профессионалов в сфере наноиндустрии для государств — участников ШОС от России до Китая. Международный заказ будет финансироваться этой организацией. Число иностранных студентов в БелГУ непременно вырастет. К 2019 году мы рассчи-

«Университетский саморазвивающийся производственно-финансовый комплекс в сфере наукоемких технологий» – так называется программа развития национального исследовательского университета БелГУ. Она обеспечивает преемственность с ранее реализованной инновационной образовательной программой вуза (как победителя нацпроекта «Образование»). Приоритетные направления развития: 1. Наукоемкие технологии создания и обработки наноматериалов технического назначения.

2. Развитие нанотехнологий и разработка наноматериалов в биологии, медицине и фармации. 3. Космические, геоинформационные и информационнотелекоммуникационные технологии эффективного управления устойчивым социально-экономическим развитием территорий.

тываем, что их будет около пяти процентов от общего количества учащихся. Наш вуз один из первых стал приглашать на работу российских ученых, по тем или иным причинам уехавших за границу. За последние годы в БелГУ вернулось 15 высококвалифицированных специалистов из Японии, Польши, Голландии. Кроме того, на базе Белгородского госуниверситета свои исследования и семинары проводят представители Канады, Америки, Германии, Словакии. Кстати, благодаря участию в программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» университет выиграл 300 миллионов рублей.

БелГУ

– Мы прекрасно это осознаем. Министерство образования и науки установило очень жесткие показатели, по которым должен работать НИУ. Среди них – и количество обучающихся по приоритетным научным направлениям, и доля публикаций в ведущих мировых и российских журналах, имеющих высокий индекс цитирования, эффективность работы аспирантуры и др. Ученые должны не только заниматься наукой, но и зарабатывать на ней. Задача коллектива БелГУ – к 2019 году коммерциализировать более 60 своих разработок. Мы поставили перед собой задачу за 10 лет довести уровень доходов от опытно-конструкторской деятельности

Учебно-спортивный комплекс Светланы Хоркиной, выпускницы БелГУ

Каких результатов собираетесь добиться по итогам реализации программы развития?

– К 2019 году мы интегрируем образовательную систему университета в социально-экономическое пространство Белгородской области, что позволит обеспечить экономику региона необходимыми кадрами. Доля выпуска специалистов в области наноструктурных материалов и нанобиотехнологий, космических, геоинформационных и информационнотелекоммуникационных технологий составит около 67 процентов. Мы создадим систему развития профессиональных педагогических и научнопедагогических кадров по приоритетным направлениям с эффективностью работы аспирантуры 75.3 процента. Немаловажный показатель – публикационная активность научно-педагогических кадров. Она должна достигнуть 1.4 единицы в расчете на одного работника. В национальном исследовательском университете должна учиться элита. В этой связи нам необходимо отобрать самых талантливых ребят. Приоритетной целью БелГУ станет совершенствование системы поиска и отбора перспективных абитуриентов. В планах – создание интерната для одаренных детей, которых мы будем вовлекать в науку уже со школьных лет. Марина Муравьева 11

ОБРАЗОВАНИЕ

Нанотехнологов трудоустроили В Белгородском государственном университете (БелГУ) состоялся первый выпуск по специальности «Наноматериалы» кафедры материаловедения и нанотехнологий при участии базовой кафедры наноматериалов и нанотехнологий при Научном центре РАН в Черноголовке. Все первые пять выпускников останутся при БелГУ, продолжая учёбу в аспирантуре. Профессор Юрий Колобов, заведующий кафедрой, рассказал STRF.ru об особенностях учебного процесса нанотехнологического образования в подмосковном научном центре. Юрий Романович, почему для базовой кафедры наноматериалов была выбрана Черноголовка?

— Черноголовка идеально подходит для наших целей, потому что это не Москва, где молодые люди могут разбежаться по фирмам или по увеселительным заведениям. Студентами кафедры становятся в основном магистры и учащиеся старших курсов. Для выполнения дипломной работы или магистерской диссертации к каждому молодому человеку прикрепляется научный руководитель из числа сотрудников академического института. Количество докторов наук, специализирующихся в материаловедении, в Санкт-Петербурге, Томске исчисляется сотнями, в Москве – тысячами, а в Белгороде ученых-материаловедов такого уровня, у которых есть работы по «нано», – единицы. Поэтому для обучения студентов по специальности «Наноматериалы» мы решили привлечь научные силы Подмосковья. Институты РАН в Черноголовке поддержали предложение БелГУ, в том числе и потому, что испытывают большую потребность в молодых специалистах. У себя в БелГУ мы лицензировали специальность «Наноматериалы» пять лет назад, летом 2005 года, и уже осенью того же года начали обучать семь первых студентов. Во многих российских вузах с прошлого года идет процесс организации таких кафедр. В нашем университете их создано около тринадцати. Наша базовая кафедра подписала соглашение между президиумом черноголовского отделения РАН и БелГУ. Эта кафедра – межфакультетская, то есть в университете она взаимодействует с тремя факультетами – физическим, биологохимическим, медицинским, а со сто12

Юрий Колобов (в центре): «Для обучения студентов по специальности «Наноматериалы» мы решили привлечь научные силы Подмосковья»

роны Черноголовки – с тремя академическими институтами – Институтом проблем химической физики РАН, Институтом физики твердого тела РАН, Институтом физиологически активных веществ РАН. Создание такой кафедры в Черноголовке очень важно для провинциального Белгорода. Уже сейчас здесь есть крупные проекты, например кафедра материаловедения и нанотехнологий физического факультета. Обучение на таких кафедрах очень серьезное, это соединение вузовской науки и образовательного процесса с соответствующи-

Колобов Юрий Романович, доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области физического материаловедения и разработки технологии получения наноструктурных металлических и композиционных материалов технического и медицинского назначения. Возглавляет научнообразовательный и инновационный центр наноструктурных материалов и нанотехнологий БелГУ.

ми фундаментальными исследованиями в академическом институте, которые будут выполнять магистры, аспиранты и докторанты. Сейчас такое взаимодействие реализуется полным ходом. Сколько человек обучается на кафедре?

– На пятом курсе – пять человек, на четвертом – 15, на третьем – уже 27. В целом, как отмечено выше, межфакультетская кафедра будет организовывать работу студентов трех факультетов БелГУ. Скоро мы начнем налаживать организацию работы групп студентов БелГУ с институтами Научного центра РАН в Черноголовке. Практическая сторона вопроса: где в таком случае будут жить студенты?

– Белгородские студенты часть учебного года будут проводить в Белгороде, часть – в Черноголовке. Пока что предполагается, что они будут жить в общежитиях, но в случае нехватки мест мы готовы расселять их по съемным квартирам. Те наши студенты, которые успешно учатся, работают у нас на полставки уже весь год, а потом два месяца на полную ставку (у нас большой объем госконтрактов и договоров), обеспечены заведомо, за счет средств научнообразовательного центра «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» БелГУ, я – его научный руководитель. На период практики в Черноголовке мы принимаем всех студентов на работу. Например, за границей учащийся устраивается на бензоколонку и за два месяца зарабатывает оплату на обучение за весь год. Так и в Черноголовке: студент заработает деньги на свое проживание в течение стажировки здесь и заодно проведет важную исследовательскую работу. В Белгороде нет ни одного академического института, поэтому многие родители, отправляя детей на стажировку в ведущий Научный центр РАН в Черноголовке, воспринимают это как поездку «за границу». Чем отличается студент, который занимается нанотехнологиями, от обычного материаловеда?

– Думаю, вообще нельзя говорить обо всем, что со словом «нано», как о чемто удивительном… Есть разные точки зрения. Одни люди считают, что нужно как-то по-другому учить при мультидисциплинарном образовании, каким является нанотехнологическое, другие не согласны с этим. Я – сторонник классического образования: сначала В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

надо научить основам физики, химии, математики, преподать классические курсы. Потом, когда студенты начинают на втором-третьем курсе работать в научной лаборатории, они смогут применять базовое образование к решению проблем, которые относятся к нанотехнологиям или созданию наноматериалов. Мне кажется, что принципиального различия в подготовке будущих нанотехнологов или просто технологов, материаловедов, физиков и других классических специалистов не должно быть. Хотя есть группа энтузиастов, которая считает, что весь учебный процесс надо кардинально переделать с учетом неких новых требований к специалистам по «нано». Каким образом?

– С первого курса можно ввести междисциплинарное образование, тогда студенты с самого начала будут мыслить «по-другому», но я в это не верю. Какая специализация начинается у ваших студентов с 3-го курса?

– У нас инженерная специальность – наноматериалы, — и наши студенты должны быть и инженерами-исследователями, и инженерами-практиками. Когда они приступают к выполнению научной работы, они делятся на теоретиков, экспериментаторов и технологов. Теоретики занимаются компьютерным моделированием, аналитическими моделями (у нас есть такая лаборатория). Из них формируются настоящие специалисты, хотя они официально получают инженерное образование. Университетские базовые предметы все студенты проходят на первых курсах – по математике и физике. Квантовую механику они изучают?

– Да, изучают, но не в том объеме, какой подразумевает стандартный университетский курс, а в несколько меньшем.

Argonne National Laboratory

ИНТЕРВЬЮ

В Черноголовке студенты зарабатывают деньги на свое проживание здесь и заодно проводят исследовательскую работу

Зато студенты слушают расширенные курсы, прямо относящиеся к структуре и свойствам наноматериалов, например, по физике твердого тела, фазовым превращениям, процессам на поверхностях раздела. То есть они получают уровень того же материаловедческого образования, который примерно соответствует близким специальностям в МИСиСе, МИФИ, Томском госуниверситете и других ведущих вузах. Мы координируем свои учебные процессы, например взаимодействуем с МИСиСом — в частности, с кафедрой физической химии. Легко ли выпускники вашей кафедры найдут работу?

– Первые пять выпускников будут трудоустроены в университете. В следующем году дипломы получат уже 15 человек. Ребята смогут продолжить обучение в аспирантуре, начать работать на малых предприятиях, которые

открываются. Постепенно в Черноголовке появляются дополнительные возможности для трудоустройства, поскольку ежегодно по 30 человек на предприятия Белгорода приводить не будешь – это не просто сделать и в крупных центрах. Но для следующих 15 выпускников я проблем не вижу. Очередных 30 человек через два года (когда заработает программа ГК «Роснанотех», в соответствии с которой в России должна производиться продукция, связанная с новыми разработками по наноматериалам и нанотехнологиям в будущем на 900 миллиардов рублей) всех должны расхватать. Однако мы подсчитали и пришли к выводу: столько специалистов, сколько в будущем потребуется российской наноиндустрии, нам не подготовить. Мария Морозова при участии Дмитрия Чулкина

»nanorf.ru новости • аналитика • карьера W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

13

ОБРАЗОВАНИЕ

Вуз

Факультет

Московский государЭлектроники и комственный институт элекпьютерных технолотронной техники (технигий (ЭКТ) ческого университета)

Кафедра

Уровень образования

Квантовой физики и наноэлектроники

Бакалавр, магистр

bredgur

Вузы, осуществляющие подготовку специалистовнанотехнологов Форма обучения

Экзамены

Очная

Бакалавр техниМатематика, физика, рус- ки и технологии, ский язык магистр техники и технологии

Квалификация

Новосибирский государственный технический университет

Радиотехники и электроники (РЭФ)

Полупроводниковых приборов и микроэлектроники

Бакалавр

Очная

Русский язык, математика, физика или информатика и информационнокоммуникационные технологии (ИКТ)

Воронежский государственный университет

Физический

Физики полупроводников и микроэлектроники

Бакалавр, специалист

Очная

Русский язык, математика

Северо-Кавказский государственный технический университет

Электроники, нанотехнологий и химической технологии

Нанотехнологии и технологии материалов электронной техники

Бакалавр, магистр

Очная

Математика, физика, русский язык

Физики полупроводников и оптоэлектроники (ФПО)

Специалист, бакалавр, магистр

Физики твердого тела

Специалист, бакалавр

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Физический

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Нано- и биомедицинских технологий

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (МИТХТ)

Химии и технологии редких элеменМатериалы микро-, оптотов и материалов элек- и наноэлектроники тронной техники (Т)

Московский государственный институт стали и сплавов (МИСиС)

Институт новых материалов и нанотехнологий

Высокотемпературных процессов, материалов и алмазов; Материаловедения полупроводников и диэлектриков; Теоретической физики и квантовых технологий; Физического материаловедения

Московский энергетический институт (МЭИ)

Научнообразовательный центр по направлению «Нанотехнологии»

Низких температур

Белгородский государственный университет (БелГУ)

Физический

Материаловедения и нанотехнологий

14

Бакалавр техники и технологии

Инженер Бакалавр техники и технологий, магистр техники и технологий, инженер

Очная, заочная

Русский язык, математика, физика

Бакалавр техники и технологии, магистр техники и технологии

Специалист, бакалавр

Очная

Химия, физика

Инженер

Двухуровневая система «бакалаврмагистр», специалист

Очная

Математика, русский язык, физика

Инженер

Очная

Русский язык, математика, физика

Очная

Физика, математика, русский язык

Бакалавр, специалист

Дополнительная информация

Инженер

В 2009 г. конкурс на место на направление «Нанотехнологии в электронике» составил 20.3

Конкурс – 20 человек на место

В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

РОСНАНОТЕХ

Больше половины компаний ГК «Роснанотех» уже заказывают R&D в вузах Недавно Минобрнауки объявило о новом конкурсе: на субсидирование кооперации бизнеса и вузов будет выделено в общей сложности 19 миллиардов рублей. На эти деньги предприятия смогут заказывать в вузах исследования и разработки. О новом конкурсе мы беседуем с Еленой Соболевой, директором департамента образовательных программ ГК «Роснанотех». Привлекает ли конкурс компании, поддержанные ГК «Роснанотех»? Если да, то сколько их может в нем участвовать?

– Да, участие в этом конкурсе наверняка покажется привлекательным проектным компаниям «Роснанотех», поскольку этот проект направлен на развитие их бизнеса, построенного на новых научных идеях и разработках. Из компаний, создаваемых при поддержке госкорпорации, в проекте, вероятно, будут участвовать многие, но не все, поскольку они сейчас переживают сложный организационный период правового и производственного становления, закупки оборудования, кадрового укомплектования и т.п. Кроме того, у проектных компаний «Роснанотех» есть и другие возможности сотрудничества с вузами в части совместной научной деятельности. Как оцениваете условия для участия? Например, ограничение круга исполнителей лишь вузами, а не НИИ?

– Минобрнауки уже несколько лет ведет масштабные проекты, которые нацелены на развитие исследований в вузах и научных институтах страны. Например, создание и поддержка научнообразовательных центров по нанотехнологиям, в том числе на базе НИИ. Что же касается данного конкурса и стоящего за ним проекта, то тут есть вполне определенные цели и задачи, отсюда и условия. Пожалуй, главная из этих целей – развитие научно-технического потенциала вузов и повышение на этой основе качества подготовки специалистов для инновационной экономики. Без высококвалифицированных кадров создание новой экономики невозможно, а подготовка персонала необходимой квалификации, в свою очередь, во многом зависит от того, насколько система профессионального образования близка к экономике. Таким образом, проект решает несколько задач, включая научную и W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Елена Соболева: «Без высококвалифицированных кадров создание новой экономики невозможно»

технологическую подпитку высокотехнологичных предприятий со стороны академического сообщества, но все они связаны с развитием именно такого партнерства: предприятие–вуз. Какова ваша оценка предполагаемого интереса российского инновационного бизнеса к данному конкурсу? Сколько будет участников, какие вузы станут лидерами-исполнителями НИОКР?

– Интерес бизнеса можно оценить как потенциально достаточно высокий, в том числе потому, что у компаний в последние годы появились сильные партнеры – вузы. Благодаря нацпроекту «Образование», конкурсу на присвоение статуса исследовательского университета и другим крупным госпроектам они значительно укрепили свои позиции как в части материально-технического и технологического оснащения для проведения НИОКР, так и в части налаживания связей с рынком труда. Именно эта когорта вузов, а их сейчас порядка ста, будет участвовать в проекте со стороны системы образования, более того, большинство из них, скорее всего, выступят инициаторами участия в конкурсе в планируемых партнерских связках. По поводу возможного количества участников можно сказать лишь, что их будет от 60 до 100, если сопоставить цифры в конкурсной документации.

Ведутся ли уже сейчас в вузах НИОКР по заказам компаний ГК «Роснанотех»? Можете привести примеры?

– Можно предположить, что более половины проектных компаний, создаваемых при участии ГК «Роснанотех», заказывают научные исследования и разработки в вузах. Это предположение строится на том, что ряд технологий, ставших основой создания этих компаний, родились именно в вузах и проекты были инициированы учебными заведениями. В других случаях технологии разрабатывались при участии вузовской профессуры. В немалой степени и сама госкорпорация содействует тому, чтобы у ее проектных компаний и вузов появилась платформа для научного сотрудничества: по заказу ГК «Роснанотех» вузы ведут образовательные программы для инженерного состава проектных компаний. В этих рамках сотрудничество выстраивается достаточно естественно: работники компаний под руководством вузовских ученых выполняют учебные задания, являющиеся одновременно прикладными технологическими задачами, которые ставит перед ними предприятие. В качестве примера можно привести санкт-петербургскую компанию «Вириал». Благодаря сотрудничеству с ГК «Роснанотех» ей удалось возродить отдел перспективных исследований, пострадавший на предприятии в результате экономического кризиса, и сейчас, когда завершается заказанная компанией образовательная программа, она получает более десяти новых разработок, выполненных ее инженерами при участии преподавателей пяти вузов Санкт-Петербурга и сотрудников Института химии силикатов РАН. Что в наибольшей степени сдерживает кооперацию бизнеса и вузов/НИИ в России?

– Главная причина недостаточно развитого сотрудничества учебных заведений и бизнеса в области R&D – не технологическая отсталость вузов (как уже упоминалось, многие из них уже очень хорошо оснащены) и даже не отсутствие запроса на разработки. Есть основания полагать, что существенным препятствием является сохраняющееся недоверие бизнеса к возможностям вузов в области прикладных исследований и разработок. А недоверие, в свою очередь, строится на устаревших представлениях бизнеса об этих возможностях. Начавшийся проект призван разрушить стереотипы и открыть обеим сторонам путь к долгосрочному и взаимовыгодному сотрудничеству. Иван Стерлигов, STRF.ru 15

ИНТЕРВЬЮ

Концепция роста Проблемам подготовки кадров в РНЦ «Курчатовский институт» всегда уделяли особое внимание: в ряде московских вузов созданы базовые кафедры, в школах (на сегодня таких уже четыре) действуют специализированные классы с углубленным изучением физики и математики, несколько лет назад на базе МФТИ был открыт факультет нанотехнологий и информатики, трансформированный в прошлом году в факультет нано-, био-, информационных и когнитивных технологий, готовятся документы об открытии образовательно-научного института на базе МИФИ. одробнее о том, как в РНЦ «КИ» сегодня видят особенности формирования системы подготовки кадров для отечественной нанотехнологической отрасли, рассказал заместитель директора РНЦ «КИ» Павел Кашкаров. По мнению Павла Константиновича, наиболее эффективно выстроить систему подготовки кадров в данной области и добиться соответствующих высоких результатов возможно, опираясь на концепцию конвергенции наук и технологий, предложенную директором «КИ» Михаилом Ковальчуком, в том числе и в образовании.

— Согласно этой концепции, в развитии нанотехнологий есть два магистральных направления, – говорит Павел Кашкаров. – Первое – использование нанотехнологий в уже существующих отраслях, таких как машиностроение, нефтепереработка, медицина и т.д. Речь о создании и применении новых материалов с заданными свойствами, по сути – конструировании на атомно-молекулярном уровне. Эти возможности уже широко используются: загляните в магазин – на полках много товаров с приставкой «нано»: одежда, режущие инструменты, моторные масла, медикаменты и др. Внедрение углеродных нанотрубок в резину для автопокрышек существенно продляет срок их службы, наночастицы заметно повышают прочностные свойства бетона… Есть и еще более серьезные примеры: строительство реакторов для ядерных станций, в частности реализация программы «АЭС–2006». На данном направлении при подготовке кадров целесообразно сохранить ту модель образования, которая и раньше была «привязана» к отраслям, то есть достаточно узкоспециализированную подготовку: чтобы специалист досконально разбирался в сталях, 16

Игнат Соловей

П

Павел Кашкаров: «Эффективно выстроить систему подготовки кадров в данной области и добиться соответствующих высоких результатов возможно, опираясь на концепцию конвергенции наук и технологий»

покрышках или бетоне, но одновременно был вооружен и нанотехнологическим мышлением, понимал, где нанотехнологии могут дать больший выигрыш в макроскопических характеристиках материалов. Для работ по данному направлению нам нужны специалисты, которых мы выпускали и раньше: инженеры, сведущие в нанотехнологической области. Второе направление развития нанотехнологий нацелено на «запуск будущего»: создание принципиально новых устройств, материалов, копирующих образцы живой природы с помощью самых современных технологических разработок. Речь идет о НБИК – нано-, био-, информационных и когнитивных технологиях. Чтобы работать в этом направлении, необходимо междисциплинарное, а

не узкоспециализированное, как в первом случае, образование. В основе должно лежать глубокое знание физики и математики, поскольку все естественно-научные дисциплины используют физические методы исследования. Это направление нацелено именно на генерацию нового знания, а не на использование нового принципа в уже известных вещах. Далее, чтобы знать, как работать с веществом, человек должен быть образован в химии. И коль скоро мы заинтересованы в развитии нанобиотехнологий, он должен знать в определенном объеме и материал из биологии, в частности понимать, какие существуют биологические системы. Задача реализации междисциплинарного образования непростая: студенту, который исходно был настроен заниматься чем-то определенным, например физикой, необходимо дополнительно дать в значительных объемах знания по химии, биологии, когнитивным дисциплинам. Освоить такой объем знаний – задача для одаренных, продвинутых людей. С другой стороны, таких междисциплинарно образованных специалистов не должно быть много: нужна элитная группа для руководства лабораториями, состоящими из узких специалистов. Как раз сейчас мы предприняли попытку реализовать междисциплинарные программы, нацеленные на подготовку специалистов именно такого нового типа. Что касается подготовки узких специалистов (например, в области наноинженерии или наноэлектроники), она успешно ведется в разных вузах. Первый эксперимент системной подготовки специалистов по междисциплинарной программе мы начали еще в 2005 году, открыв на физфаке МГУ кафедру «Физика наносистем», которую возглавил Михаил Валентинович Ковальчук. Инкорпорировали в базовую программу по физике курсы по химии и биологии. Кстати, междисциплинарную подготовку в области нанотехнологий ведут сегодня многие зарубежные университеты, так что мы двигаемся в русле мировых тенденций, но, думается, впервые такая идея зародилась именно в России. Начав работу в МГУ, мы столкнулись с проблемами: как известно, специализация на физфаке происходит в середине третьего курса, а когда начинаешь преподавать людям биологию после столь длительного перерыва, они воспринимают это с большим труВ М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ОБРАЗОВАНИЕ дом. Так что механически ввести новые курсы непросто, хотя в МГУ их читают достаточно известные люди… В данный момент на физфаке МГУ создается новая крупная образовательная структура – отделение, которое пока условно называется «Физика нанобиосистем». Объединяются кафедры «Биофизика», «Физика наносистем», «Молекулярная электроника» и «Медицинская физика». Набирать студентов на новое отделение предполагается с первого курса, чтобы не возникало вышеназванной проблемы – разрыва в изучении химии и биологии между школой и вузом. Из окна кабинета Павла Константиновича хорошо видно зеленое двухэтажное здание на территории РНЦ «КИ» – в нем идут занятия студентов НБИК факультета МФТИ. Необходимость создания этого факультета была связана с открытием в «КИ» НБИК центра, уже сегодня заявившего о себе как о принципиально новой мощной научно-исследовательской структуре (в частности, именно здесь недавно был расшифрован геном русского человека).

– Для эффективной работы НБИК центра потребуется до тысячи новых сотрудников, – продолжает Павел Кашкаров. – Уже сегодня в его структуре обозначено функционирование более 20 лабораторий. Чтобы насытить центр кадрами, помимо узких специалистов, которых мы планируем набирать из самых продвинутых университетов, прежде всего МГУ, а также МФТИ, МИФИ, РХТУ им. Д.И. Менделеева, МГТУ им. Н.Э. Баумана и т.д., директор РНЦ «КИ» поставил задачу организовать подготовку междисциплинарных специалистов, которую мы, в частности, уже начали вести на физфаке МГУ. НБИК факультет МФТИ (в несколько ином формате существовал с 2006 года и назывался иначе – «Факультет нанотехнологий и информатики», с большим «перевесом» подготовки в сторону информатики) появился в 2009 году. Ректор МФТИ Николай Кудрявцев поддержал нашу идею создать факультет междисциплинарной подготовки, не имеющий мировых аналогов. Перед началом подготовки программы и учебного плана я лично ознакомился с тем, что делается в этом направлении в ведущих университетах мира. Могу сказать: в таком объеме на сегодня там подобного нет. В новой структуре мы постарались наиболее полно реализовать идею непрерывной междисциплинарной W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

подготовки специалистов в области нанотехнологий. Для этого у РНЦ «КИ» есть, например, четыре базовые школы, занятия по физике и математике в них ведут наши ученые, ориентируя ребят на поступление в МФТИ. Деканом нового НБИК факультета Физтеха назначен М. Ковальчук, и он самым активным образом участвует в подготовке программ бакалавриата и магистратуры, формировании перечня необходимых курсов. На новом факультете уже с первого года обучения идет преподавание химии, биологии, когнитивной науки. Студенты факультета имеют возможность не просто прийти посмотреть, познакомиться с деятельностью и техническим оснащением НБИК центра «КИ», но и начать здесь работу. Это наше ноу-хау: всех студентов сразу зачисляем сотрудниками «Курчатовского института», сначала на треть ставки, потом – больше. Престижно? Несомненно! И хотя в определенной степени это вынужденная мера: коль скоро факультет находится вдали от штаб-квартиры Физтеха, мы должны предоставить ребятам и библиотеку, и медобслуживание... Кстати, помимо обычной медицинской страховки они получают и корпоративную, и некий соцпакет. Как только студенты попадают в научную группу и начинают участвовать в реализации проектов, у них появляется возможность зарабатывать: порой и до 30 тысяч рублей в месяц. Но главное — они могут получать навыки работы на самом современном оборудовании. По оценкам специалистов, как отечественных, так и зарубежных, техническое оснащение лабораторий НБИК центра находится на высочайшем мировом уровне. Например, лаборатория электронной микроскопии одна из лучших в Европе, а два из 20 имеющихся в мире просвечивающих микроскопа «Титан» находятся в «КИ»… Потому и молодым у нас так интересно. Кстати, когда факультет нанотехнологий и информатики был переименован в НБИК факультет, была изменена программа подготовки (но информатика при этом осталась), многие студенты роптали: мол, трудно стало справляться с объемами. Но прошло некоторое время, и ребята из подгруппы «информатика» стали просить, чтобы их перевели в «нано». А ведь поначалу даже мне показалось: не вытянут такой нагрузки. Вытянули, да еще и направление стало популярным. В общем, завлекли без всякой рекламы. Испытываешь большое удо-

влетворение, когда видишь, что твоя идея реализуется. Надеюсь, что через 3.5–4 года мы будем иметь неплохих бакалавров, а еще через два – целую плеяду магистров. Кстати, в «КИ» есть и аспирантура. Недавно мы пригласили в РНЦ «КИ» руководителей и группу сотрудников МФТИ, чтобы дать им реальную возможность больше узнать о том, что представляет собой наш НБИК центр. Увиденное в лабораториях и доклад директора РНЦ «КИ» о деятельности центра произвели на них большое впечатление. Были намечены новые пути взаимодействия. В аналогичном формате планируем в ближайшее время провести встречу и с представителями МГУ. Кстати, в конце прошлого года ректор МГУ Виктор Садовничий был у нас и в ходе обсуждения дальнейшего сотрудничества даже предложил подумать о создании на базе университета факультета нанотехнологий. Теперь о сотрудничестве с МИФИ. Для «КИ» это базовый вуз еще с момента создания: он был открыт в 1942 году, мы – в 1943-м, и с тех пор идем, как говорится, рука об руку. Почти 80 % специалистов, работающих в «КИ», подготовлены в МИФИ. Семь базовых кафедр вуза расположены в «Курчатовском институте». Встав на путь формирования крупных образовательных структур (как в случае с Физтехом), и тут мы стали думать о создании базового факультета. Но в итоге вместе с ректором Михаилом Стрихановым договорились о создании в рамках МИФИ образовательно-научного института. Суть принятого решения – наладить целевую подготовку специалистов уже для Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» — структуры, в составе которой объединятся четыре института ядерного профиля. Нина ШАТАЛОВА, «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, ГК «Роснанотех», научных центров, университетов, бизнеса и промышленности.

17

ФЦП

Правовой статус наноматериалов и нанопродуктов

которых (российского производства), по оценкам специалистов, вырастет в 2015 году до 300 млрд рублей, а объем платежей экспорта продукции наноиндустрии – до 75 млрд рублей. Но прежде чем нанопродукция попадет на рынок, необходимо подготовить нормативноправовую базу ее производства и использования. В августе 2007 года Правительство РФ приняло Постановление о ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». В программе выделено отдельное направление «Развитие методической составляющей инфраструктуры наноиндустрии», которое предусматривает разработку методик для системы обеспечения единства измерений в наноиндустрии и безопасности создания и применения объектов наноиндустрии. «Роснаука» курирует и поддерживает около десяти проектов в этом направлении, головными организациями по двум из них являются Институт питания РАМН и Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП).

Весь мир следит за быстрым прогрессом нанотехнологий – методами получения и использования крошечных частиц размером меньше ста нанометров, которые находят применение в микроэлектронике и энергетике, в химической и пищевой промышленности. Наиболее активно развиваются наномедицина и нанобиология. Свойства наночастиц (повышенную биологическую и химическую активность, большую удельную поверхность), которые иногда коренным образом отличаются от свойств микро- и макровеществ, можно использовать для ранней диагностики заболеваний, для борьбы с раковыми опухолями и инфекционными заболеваниями, для адресной доставки лекарства, очистки окружающей среды, улучшения вкусовых и питательных свойств пищи. то же время высокая химическая активность наночастиц значительно изменяет их растворимость и каталитические свойства. Большая удельная поверхность способствует увеличению производства свободных радикалов и активных форм кислорода, которые могут повреждать биологические структуры, в частности ДНК. Крошечные размеры позволяют наночастицам встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы, изменяя функции биоструктур. Так, наночастицы размером 70 нм могут проникать в легкие, 50 нм – в клетки,

Игнат Соловей

В

ЧТОБЫ ПРОВЕРКА СТАЛА ВОЗМОЖНОЙ

30 нм – в кровь и клетки мозга. Наночастицы – хорошие адсорбенты, поэтому могут быть носителями большого числа токсинов. Возможно, защитные силы организма не всегда распознают наночастицы из-за их малого размера и не выводят их из организма. Уже сейчас человечество имеет дело с новой продукцией, поэтому оценка возможных рисков при производстве и использовании наноматериалов и нанопродуктов приобретает особую важность. Россия не остается в стороне, когда речь идет о безопасности нанотехнологий и нанопродуктов, объем продаж

Молодые специалисты снимают показания приборов в нанолаборатории МГУПП

18

«Используя отечественный и международный опыт, мы начали разрабатывать концепцию проведения токсикологических исследований при оценке безопасности наноматериалов, наночастиц и использования нанотехнологий. Преодолев ведомственные и межведомственные барьеры, свои усилия объединили Роспотребнадзор, НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, НИИ биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН, НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, НИИ медицины труда РАМН, ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН, Центральный НИИ эпидемиологии, ФНЦ гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана. Была выработана и рассмотрена на разных уровнях «Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов», подписанная 31 октября 2007 года главным государственным санитарным врачом РФ, академиком РАМН Геннадием Онищенко», – рассказывает академик РАМН Виктор Александрович Тутельян, директор Института питания РАМН. Контракт института, одного из участников проекта и головного исполнителя, направлен на создание нормативно-правового и методического обеспечения комВ М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

плексной системы безопасности в процессе исследований, освоения, производства, обращения и утилизации наноматериалов в РФ. «Мы разработали методические рекомендации по алгоритму оценки безопасности наноматериалов. Это позволит за 2-3 дня, исходя из всех накопленных наукой данных по этому виду соединений, предсказывать возможные риски. Скажем, один продукт совсем безвреден, другой потенциально опасен, а третий может быть очень опасным, но до какой степени? В этом случае необходимо провести дополнительные исследования. Такой подход, с одной стороны, поможет на раннем этапе закладывать и производственные, и финансовые риски для производителей. С другой стороны – не даст ввести в заблуждение население и отказаться от прогрессивных разработок, как случилось в начале 1990-х годов с российской микробиологической промышленностью, выпускавшей полтора миллиона тонн кормового белка. Заводы были закрыты, утеряны витаминная и самая мощная микробиологическая промышленность», – рассказывает Тутельян. Нужно правильно сертифицировать нанопродукты и наноматериалы, понять их свойства, биологическую активность, возможности влияния на живой организм, в том числе организм растений. За два года работы подготовлено 32 нормативно-правовых документа, которые, в частности, определяют требования к ассортименту и созданию банка стандартных образцов наноматериалов для унификации методов при мониторинге безопасности. Созданы требования к банку данных по оценке риска наночастиц и наноматериалов. Сформулированы концепции отбора стандартных образцов, их паспортизации при создании банка данных стандартных образцов наноматериалов, абиогенного и биогенного действия. Определен подход к разработке документов, регламентирующих требования к стандартным образцам. Подготовлено руководство по составлению паспорта безопасности наноматериалов. Главная цель этой работы – создать общую инфраструктуру наноиндустрии в стране, а для ее специалистов различного профиля разработать общий «язык», чтобы наладить проведение государственной санитарно-эпидемиологической экспертизы, государственной регистрации на этапах постановки на производство, ввоза в страну, хранения и реализации продукции, а также утилизации наноматериалов.

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Игнат Соловей

БЕЗОПАСНОСТЬ

Атомные весы измеряют массу микро- и наночастиц, нанесенных на кантилевер. Нанолаборатория МГУПП

БЕЗОПАСНОСТЬ НАШЕЙ ПИЩИ Без пищи ни один живой организм долго не выживет, и человеку небезразлично, что он ест, какие нанотехнологии при этом используются, как «нанопища» повлияет на его самочувствие. «В случае продуктов питания лучше лишний раз убедиться в их безопасности, доказать ее. Это задача и ученого, и производителя пищевой продукции. Мы знаем, что подавляющее число современных заболеваний являются алиментарно зависимыми, причина их возникновения связана с неправильным питанием. Дисбаланс питательных веществ может с возрастом привести к возникновению множества известных болезней, а если добавить к этому даже небольшой риск, связанный с появлением в составе продукта «нового» ингредиента, имеющего наноразмеры и, как следствие, повышенную биологическую активность, который атакует, активно воздействует на организм или участвует в какомто метаболическом процессе? Надо не только минимизировать возникающий риск, но, самое главное, научиться его выявлять как на качественном, так и на количественном уровне. Если этот «нанообъект» остается в составе пищевого продукта, производитель должен гарантировать, что он безопасен для здоровья человека», – объясняет профессор Алла Алексеевна Кочеткова, руководитель Проблемной научноисследовательской лаборатории биотехнологии пищевых продуктов МГУПП. В настоящее время в МГУПП создают специализированную эталонную нанолабораторию для оценки содержания наноматериалов и наночастиц в составе продукции сельского хозяйства, пищевых продуктах и упаковоч-

ных материалах*. Ее основная задача – создание системы сертифицированных методик по определению содержания искусственных наночастиц в пищевом сырье, продукции и упаковке с точки зрения оценки влияния на жизнь и здоровье человека. «В настоящее время в мире наиболее интенсивно развиваются направления экспрессного детектирования патогенов в пище, получения дезинфицирующей тары и упаковки, получения эффективных пищевых антиоксидантов и разработки принципиально новых методов оценки качества пищи. В лаборатории мы проводим предварительные испытания методов, предлагаемых для государственной сертификации и внедрения в практику работы уполномоченных контролирующих органов, а также включаемых в производственные регламенты предприятий наноиндустрии. У нас самое современное оборудование – несколько типов сканирующих зондовых микроскопов, атомные весы, спектрометр электронного парамагнитного резонанса, ИК-Фурье-спектрометр, атомно-абсорбционный спектрометр, жидкостной хроматограф, система подготовки проб и многое другое. И уже сегодня мы создаем оригинальные мето* Лаборатория создается в рамках государственного контракта «Разработка нормативно-методического обеспечения и средств контроля содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства, пищевых продуктах и упаковочных материалах» при участии НИИ питания РАМН, Института биохимии им. А.Н. Баха РАН, Федерального центра гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, ВНИИ метрологической службы.

19

Игнат Соловей

ФЦП

Образец экспериментальной пищевой упаковки с наночастицами серебра тестируется методом АСМ в нанолаборатории МГУПП

дики (например, пробоподготовки). В МГУПП проводятся исследования по использованию наночастиц серебра в качестве пищевых наноконсервантов и нанофильтров. В качестве перспективного продолжения ведущихся работ мы уже сейчас предлагаем инновационное направление «Новые нанофильтрационные полимерные пленки и мембраны на их основе для концентрирования и очистки водных и водно-органических растворов, а также использования в качестве «умной» упаковки пищевых продуктов за счет внедрения металлических наночастиц в полимерную основу». Предполагается, что подобные нанолаборатории появятся в будущем при создании региональных контрольных органов. Поэтому мы комплектуем лабораторию, выбирая серийные приборы по оптимальному соотношению цена-качество», – объясняет профессор Анатолий Николаевич Филиппов, научный руководитель лаборатории. В таких лабораториях, объясняет ученый, можно выявлять и идентифицировать все виды наноматериалов в составе пищевых продуктов, упаковки и продукции сельскохозяйственного назначения. Кроме того, в них нужно проводить все основные стадии подготовки проб и их исследования без привлечения сторонних организаций. Что же за наночастицы содержатся в пище? Какие из них опасны, какие вредны? Ведь даже в стакане молока или воды из-под крана каждый кубический сантиметр содержит сотни тысяч коллоидных частиц. «Такие наночастицы делятся на две категории. Первые – естественные биодобавки, концентрация которых не представляет никакого вреда. Это могут быть натуральные ингредиен20

ты, диспергированные до размеров наночастиц (нанодисперсии прополиса, зеленый чай с наночастицами с повышенной антиоксидантной активностью, каротиноиды), а также изначальные нанообъекты (глобулярные белки, олигосахариды). Ко второму типу относятся специально вносимые или попадающие в продукт из упаковки, нехарактерные для традиционной пищи нанодисперсии селена, серебра, оксида цинка, диоксида титана и других неорганических веществ. Именно они могут, по мнению экспертов, представлять потенциальную угрозу здоровью человека. Такие материалы могут обнаруживать свойства, не проявляющиеся у них на молекулярном или макроуровнях. В частности, угрозу может представлять наноселен, которым для компенсации его дефицита в организме человека китайские производители обогащают некоторые сорта чая. Наносеребро, вносимое в пищевую упаковку для придания ей биоцидных свойств, может также, при условии попадания его из упаковки в пищу, нести потенциальную угрозу здоровью, – объясняет профессор Константин Иванович Попов, ответственный исполнитель по контракту в рамках ФЦП. – В общем случае степень влияния наночастиц на организм зависит от их размера, массы, химического состава, свойств поверхности и способов агрегирования. Мы опубликовали первый обзор по пищевым нанотехнологиям (Российский химический журнал, № 2, 2009), но, к сожалению, в условиях острого информационного дефицита. Россия, заявив в качестве приоритетной задачи развитие нанотехнологий, по существу лишена легального и независимого доступа к основному массиву зарубеж-

ной периодики по данной тематике. Большинство зарубежных журналов, посвященных нанотехнологиям, отсутствует в ведущих библиотеках страны. Собранный нами материал дает весьма противоречивую картину. С одной стороны, количество внедрений нанотехнологий в пищевой сектор и производство упаковки неуклонно растет. С другой стороны, в мире до сих пор отсутствуют требования обязательной маркировки таких товаров, как это делается для генетически модифицированных продуктов. На рынке можно столкнуться с различные терминами, например «нанопища» (nanofood) или «пища ультратонкого помола» (ultrafine food). При этом довольно трудно разобраться, насколько такие продукты действительно соответствуют категории «нано». В Западной Европе потребитель более искушен и требователен, а правила декларирования нового продукта – более жесткие. Поэтому лишь немногие производители маркируют свои товары как «нанопродукт» или «продукт, произведенный по нанотехнологии». Эту информацию выгоднее скрывать. Можно предполагать, что в действительности на рынке присутствует значительно больше товаров, содержащих нанокомпоненты, чем это официально декларировано. Совершенно иная ситуация характерна для азиатских стран. Здесь марка «нано» популярна и способствует продвижению продукта на потребительском рынке. Пользуясь отсутствием жестких критериев, производители присваивают марки «нано» даже тем продуктам, которые этой категории никак не соответствуют. Особенно такая картина характерна для Китая, Тайваня и Гонконга. Соответственно, отсутствуют стандарты, на которые можно ориентироваться. И есть опасность, что правовые аспекты на данном этапе могут сыграть роль тормоза. Поэтому так важна разработка системы норм и правил, регламентирующих создание и использование пищевых нанопродуктов», – подытожил Константин Попов. Вопросы изучения безопасности нанотехнологий и наноматериалов в нашей стране и за рубежом в настоящий момент находятся на стадии разработки норм, требований, методологий и стандартов. И информация по этим направлениям должна быть открытой, чтобы потребители понимали, на что способны новые вещества и технологии. Ольга Баклицкая-Каменева, кандидат физ.-мат. наук «Российские нанотехнологии», № 7-8, 2009 г. В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

НАНОМЕДИЦИНА

Медицина и фармацевтика в наномире

Игнат Соловей

В последние годы наномедицина развивается исключительно быстрыми темпами и привлекает всеобщее внимание не только чисто реальными достижениями, но и своим социальным вкладом.

анотехнология позволяет создавать абсолютно любые объекты, манипулируя отдельными атомами вещества. Нанотехнология в медицине, фармацевтике и смежных с ними областях решает сегодня следующие основные задачи:  Создание твердых тел и поверхностей с измененной молекулярной структурой. На практике это даст металлы, неорганические и органические соединения, нанотрубки, биологически совместимые полимеры и другие материалы, имитирующие ткани живых организмов, служащие транспортными средствами доставки лекарств либо имплантантами.  Развитие наноконтейнерных технологий векторной доставки лекарств.  Синтез новых химических соединений путем образования молекул без химических реакций. В ближайшие 10–20 лет это приведет к созданию принципиально новых лекарств, которые синтетики, фармацевты и медики будут «конструировать», исходя из конкретной болезни — и даже конкретного пациента.

Н

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

 Разработка саморазмножающихся систем на базе биоаналогов – бактерий, вирусов, простейших.  Создание точных медицинских наноманипуляторов и диагностических устройств. Рассматривая отдельный атом в качестве детали, нанотехнологи разрабатывают методы конструирования из этих деталей материалов с заданными характеристиками. Многие компании уже умеют собирать атомы и молекулы в некие конструкции. В перспективе любые молекулы будут собираться подобно детскому конструктору, поскольку любую химически стабильную структуру, которую можно описать соответствующей формулой, можно и построить.

ЧТО ТАКОЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ФАРМАЦЕВТИКЕ? Индустрия направленного конструирования новых лекарственных препаратов, или драг-дизайн (drug – лекарственный препарат, design – проектирование, конструирование), имеет прямое отношение к предмету нанотехнологий, поскольку взаимодействующие объекты – лекарство

и мишень — являются молекулярными объектами. Основные понятия, используемые в драг-дизайне, – это мишень и лекарство. Мишень – это макромолекулярная биологическая структура, предположительно связанная с определенной функцией, нарушение которой приводит к заболеванию и на которую необходимо совершить определенное воздействие. Наиболее часто встречающиеся мишени – это рецепторы и ферменты. Лекарство – это химическое соединение (как правило, низкомолекулярное), специфически взаимодействующее с мишенью и тем или иным образом модифицирующее клеточный ответ, создаваемый мишенью. Если в качестве мишени выступает рецептор, то лекарство будет, скорее всего, его лигандом, то есть соединением, специфическим образом взаимодействующим с активным сайтом рецептора. Например, F1-аденозинтрифосфатаза (F1-АТФаза), относящаяся к группе ферментов, обеспечивающих синтез энергии во всех организмах, в том числе процесс фотосинтеза в клетках растений. Диаметр молекулы фермента составляет 10–12 нм. Нанотехнологии в фармацевтике – это совокупность методов и приемов изучения, проектирования, производства и использования, основными этапами которых следует считать:  биологический скрининг, то есть поиск активных молекул (1–10 нм), взаимодействующих с биомишенью (белок или система белков размером до 100 нм).  изучение механизма действия (поиск биомишени и выявление механизма взаимодействия с ней активной молекулы).  компьютерный дизайн потенциально активных соединений путем расчета энергий взаимодействия молекулкандидатов и биомишени – белка — на расстоянии нескольких нанометров, то есть расчет возможных структур и положений молекул, соответствующих минимальной энергии такого взаимодействия (динамическое моделирование которого занимает примерно 24 часа на суперкомпьютере мощностью около 200 терафлопс).  целенаправленный контроль и модификация формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих наномасштабных элементов («лиганд-биомишень», около 1–100 нм), что приводит к улучшению либо появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов (повышение эффективности, биодоступности, уменьшение токсичности и побочных 21

НАНОМЕДИЦИНА эффектов получаемых инновационных лекарственных препаратов).  производство наноразмерных готовых лекарственных форм (липосомальные формы, биодеградируемые полимеры, наночастицы для направленного транспорта и т. д.).  применение таргетных инновационных препаратов, обеспечивающее наноразмерное воздействие на биомишень, что приводит к терапевтическому эффекту.

СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ Один из наиболее простых и эффективных способов доставки молекул лекарства в организм человека, —трансдермальный (через кожу). Именно из-за его простоты пока не существует теоретических запретов на доставку таким образом большинства из известных биологически активных соединений, вне зависимости от его молекулярной массы (размеров) или физико-химических свойств. Тем не менее для описанных ниже (рисунок 1) нанопереносчиков, трансдермальный метод рассматривается как один из возможных способов транспорта нанообъектов. Уже давно известны различные однокомпонентные и многокомпонентные липосомы, образующиеся в растворах липидов. Интерес для практических целей могут представлять липосомы размерами не более 20–50 нм, которые и используются как средства доставки лекарственного препарата к биологической мишени. Кроме того, сама природа заблаговременно подготовила большой набор нанопереносчиков, например вирусов. Обработанные определенным образом аденовирусы могут быть эффективно использованы для вакцинации через кожу. К искусственным биогенным наночастицам, способным к направленной доставке, помимо липосом относят также липидные нанотрубки, наночастицы и наноэмульсии липидного происхождения, некоторые циклические пептиды, хитозаны, наночастицы из нуклеиновых кислот.

БАКТЕРИИ КАК НАНОБИОМАШИНЫ, ДОСТАВЛЯЮЩИЕ ЛЕКАРСТВА Уже доказано, что бактерии можно использовать в качестве средства точечной доставки лекарств к больным тканям. Специалисты запустили в кровяную систему крысы бактерии MC—1. Эти бактерии способны быстро двигаться за счет вращения своих жгутиков, но кроме того, они содержат магнитные наночастицы, что делает их чувствительными к магнитному полю и заставляет двигаться вдоль силовых линий. Такие силовые линии 22

способно создавать, например, устройство магнитного резонанса. Исследователи считают, что, прежде чем пытаться создавать искусственные наномашины, способные продвигаться по телу человека, следует обратить внимание на уже существующие создания природы. Наносферы и нанокапсулы относятся к семейству полимерных наночастиц. Если наносферы являются цельными матрицами, на полимерной поверхности которых распределяется активное вещество, то в нанокапсулах полимерная оболочка образует полость, наполненную жидкостью. Вследствие этого активное вещество выделяется в организм по различным механизмам – из наносфер высвобождение носит экспоненциальный характер,

Рисунок 1. Наночастицы, используемые для доставки терапевтических молекул.

1 — липосома и аденовирус; 2 — полимерная наноструктура; 3 — дендример; 4 — углеродная нанотрубка (источник: сайт www.biorf.ru)

а из нанокапсул – происходит с постоянной скоростью в течение длительного времени. Полимерные наночастицы можно получить из естественных либо синтетических полимеров, каковыми являются полисахариды, полимолочная и полигликолевая кислоты, полилактиды, полиакрилаты, полиэтиленгликоль (ПЭГ) и его аналоги и др. Полимерные материалы характеризуются такими ценными свойствами для лекарственного транспорта, как биосовместимость, способность к биодеградации, функциональная совместимость. Особый интерес вызывают дендримеры. Они представляют собой новый тип полимеров, имеющих «ветвящееся» строение. Дендримеры – это уникальный класс полимеров, так как их размер и форма могут быть очень точно заданы при химическом синтезе, что крайне важно для нанопереносчиков. Дендримеры получают из мономеров, проводя последовательные конвергентную и дивергентную полимеризации, задавая таким способом характер ветвления. Типичными мономерами, используемыми в синтезе,

служат полиамидоамин и аминокислота лизин. «Целевые» молекулы связываются с дендримерами либо путем образования комплексов с их поверхностью, либо встраиваясь глубоко между их отдельными цепями. Кроме того, на поверхности дендримеров можно стереоспецифически расположить необходимые функциональные группы, которые с максимальным эффектом будут взаимодействовать с вирусами и клетками. Среди углеродных наночастиц, образованных только атомами углерода, наиболее широко распостранены фуллерены и нанотрубки. Фуллерены, по мнению экспертов, могут стать основой не только для систем доставки, но и для нового класса лекарственных средств. Главная особенность — их каркасная форма: молекулы выглядят как замкнутые, полые внутри «оболочки». Самая знаменитая из углеродных каркасных структур — это фуллерен С60, неожиданное открытие которого в 1985 году вызвало целый бум исследований в этой области (Нобелевская премия по химии за 1996 год была присуждена именно первооткрывателям фуллеренов). На основе фуллеренов разрабатываются средства доставки препаратов для лечения ВИЧ-инфицированных пациентов и онкологических больных. В 1991 году были обнаружены длинные, цилиндрические углеродные образования, получившие названия нанотрубок. Они характеризуются разнообразием форм— большие и маленькие, однослойные и многослойные, прямые и спиральные,— уникальной прочностью, демонстрируют целый спектр самых неожиданных электрических, магнитных, оптических свойств. Нанотрубки можно использовать как микроскопические контейнеры для транспорта многих химически или биологически активных веществ: белков, ядовитых газов, компонентов топлива и даже расплавленных металлов. Для нужд медицины нанотрубки обладают важным повышенным сродством к липидным структурам, они способны образовывать стабильные комплексы с пептидами и ДНК-олигонуклеотидами и даже инкапсулировать эти молекулы. Совокупность указанных свойств обусловливает их применение в виде эффективных систем доставки вакцин и генетического материала. К неорганическим наночастицам, одному из важнейших классов нанопереносчиков, относятся соединения оксида кремния, а также различных металлов – золота, серебра, платины. Часто такая наночастица имеет кремниевое ядро и внешнюю оболочку, сформированную атомами металла. Использование металВ М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

НАНОМЕДИЦИНА лов позволяет создавать переносчики, обладающие рядом уникальных свойств. Так, их активность — и, в частности, высвобождение терапевтического агента, — может быть модулирована термическим воздействием – инфракрасным излучением, а также изменением магнитного поля. В случае гетерогенных твердофазных композитов, например наночастиц металла на поверхности пористого носителя, вследствие их взаимодействия появляются новые свойства. Пожалуй, самыми распространенными платформенными технологиями являются микрокапсулирование, а также технологии получения матричных, многослойных, оболочечных таблеток и капсул. Например, в России разработаны и сейчас патентуются платформенные технологии создания наноразмерных комплексов действующих веществ с биосовместимыми и биодеградируемыми синтетическими и природными полимерами. Наноформулировка может приводить к увеличению активности препарата в 2–4 раза, а также к появлению более выраженных терапевтических свойств. В ряде случаев уже ведутся доклинические исследования известных лекарств в новых наноупаковках, например таксол или нурофен пролонгированного действия. Платформенные технологии контролируемого высвобождения лекарств актуальны для направленной доставки высокотоксичных противоопухолевых лекарственных веществ. Традиционные онкологические препараты равномерно распределяются по всему организму: попадают в очаги болезни и в здоровые органы. Проблему можно решить при помощи направленной доставки лекарственного вещества вместе с биодеградируемым полимером — тогда лекарство высвобождается не моментально, а по мере деградации полимера. Но есть еще более продвинутые методы целевой доставки лекарства при помощи наночастиц генетического материала, ДНК или РНК. Частицы размером около 200 нм или немного меньше могут выйти из кровотока только в местах воспаления — там, где у капилляров расширены поры. Во время путешествия по кровотоку наночастицы могут обрастать белками плазмы крови, их поглощают иммунные стражи — макрофаги. Для продления срока пребывания наночастиц в организме к ним прикрепляют полимерные цепочки. Еще один вариант — прикрепление к наночастице антител опухолевых клеток, которые знают дорогу к мишени, и антибиотика, который уничтожит злокачественное образование. Например, ученые конструируют липосомный W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

противораковый препарат, в котором термочувствительные липосомы завернуты в полимер и снабжены антителами, определяющими «адрес доставки». Многочисленные прививки от всевозможных заболеваний стали рутинной процедурой, но сама методика практически не изменилась за последнее столетие. На смену шприцам с раствором антигенов в ближайшем будущем придут нанопереносчики (размеры до 500 нм), способные доставлять антигены через кожу к присутствующим там иммунным клеткам. Показано, что использование малых наночастиц (всего 40 нм) позволяет доставлять антигены непосредственно через волосяные фолликулы. В то же время системы доставки активных веществ сегодня связаны с рисками, то есть побочными эффектами. Недаром фармацевтический гигант Novartis, концерн Ciba и некоторые другие крупные компании связали свои дальнейшие разработки в этом направлении только с биологически расщепляемыми наноносителями.

НАНОТЕРАПИЯ Нанометровые молекулы могут применяться и в качестве активных веществ. Одним из новых походов является размельчение активных лекарственных веществ до нанометровых размеров — около половины новых активных веществ, которые сейчас находятся в разработке, растворяются плохо, то есть обладают недостаточной биодоступностью. Кристаллы активного лекарственного нановещества состоят из активного вещества и производятся в виде наносуспензии, которую можно вводить внутривенно, а для перорального приема можно производить из нее гранулы или таблетки. При этом не нужна полимерная матрица, разрушение которой, как считают некоторые ученые, может оказывать токсическое действие на клетки. Обычный размер нанокристаллов составляет 200—600 нм. Одним из нанокристаллических препаратов, внедренных в клиническую практику еще в 2000 году, является Rapamune, Wyeth-Ayers Laboratories, — иммуносупрессивное средство, которое применяют после трансплантации органов. Термотерапия наночастицами, по всей видимости, имеет большую перспективу. Исследователи обнаружили, что контакт нанотрубок с поврежденной костной тканью мышей ускоряет регенерацию костной ткани и понижает вероятность возникновения воспалительных процессов в ходе лечения. Аналогично частицы нанозолота убивают микробы, распознают и разрушают раковые клетки.

Наночастицы также могут использоваться для стимулирования врожденных механизмов регенерации. Основное внимание здесь сосредоточено на искусственной активации и управлении взрослыми стволовыми клетками. Вот несколько достижений: амфифильные белки, которые поддерживают рост клеток для восстановления поврежденного спинного мозга; покрытия областей опухоли головного мозга из магнитных наночастиц и чувствительных к ферментам частиц; зонды из наночастиц для внутриклеточной доставки препарата и экспрессии генов, квантовые точки, которые обнаруживают и определяют количество биомаркеров рака молочной железы человека. Наноантитела представляют собой наименьшие из известных на сегодня белковых антиген-узнающих молекул размером 2–4 нм. Эти фрагменты особых однодоменных антител состоят из димера только одной укороченной тяжелой цепи иммуноглобулина и являются полнофункциональными в отсутствие легкой цепи. После синтеза наноантитела уже функциональны и никаких посттрансляционных модификаций не требуют. Это позволяет сразу нарабатывать их в бактериальных клетках или в дрожжах, что делает путь создания данных белков существенно более экономичным. С наноантителами довольно просто проводить различные генно-инженерные манипуляции, например создавать более эффективные комбинированные конструкции, включающие два или несколько наноантител, а также другие белковые домены или функциональные группы. Такие антитела не существуют в организме человека, и поэтому приспосабливания к ним нет. Таким образом, появляется возможность обойти ухищрения аномальных, патологических клеток и микроорганизмов, которые сумели адаптироваться к иммунной системе человека и нащупать слабое звено в их защите. Биологически активные добавки (БАД), разработанные с применением нанотехнологий, так называемые наноцевтики, нацелены на мощное усиление возможностей организма — от усиления усвояемости активных компонентов пищи и до улучшения умственной деятельности и возможности сконцентрироваться,— являются изюминкой современного рынка. Однако общества по правам потребителей настаивают на более жестком государственном контроле реальной безопасности и эффективности продуктов, попадающих на прилавки магазинов. Материал подготовлен ЦВТ «ХИМРАР» специально для STRF.ru 23

НАНОСПУТНИКИ

Младшие братья

NASA

Научное движение за сверхмалые орбитальные аппараты крепнет с каждым годом. Специалисты уверены, что их следующее поколение – наноспутники – изменит экономику космической отрасли.

ОТКУДА ПОШЛО НАЗВАНИЕ «НАНОСПУТНИКИ» Мартин Свитинг разработал классификацию спутников по их массе, использовав для названий классов приставки «мини», «микро», «нано» и «пико». Это послужило источником путаницы. Согласно классификации, наноспутники – это вовсе не устройства размером 10 –9, а аппараты весом 1–10 кг с коротким сроком активного существования на орбите. Получается, что приставка «нано» выполняет здесь чисто условную функцию, указывая на небольшой размер этих устройств. И в то же время она весьма символична – ведь малые спутники появились благодаря микросхемам, с которых, собственно, и начались нанотехнологии. Чтобы подчеркнуть эту зависимость, для спутников даже вывели собственный закон Мура. Специалисты подсчитали, что их пространственное разрешение экспоненциально возрастает каждые два года, а объем передаваемых данных увеличивается на два порядка каждые 10 лет. Однако физические законы накладывают предел на этот тренд: максимальное пространственное разрешение микроспутников массой до 200 кг с обычной оптикой составляет 0.5 м.

Созвездие из трех наноспутников SPHERES испытано NASA в 2007 году

Р

24

от него радиосигнал. Свитинг начал развивать идею малых спутников и отрабатывать их конструкцию, предположив, что эти приборы смогут найти спрос со стороны военного и коммерческого сектора. При университете он организовал программу трансферта технологий и обучил принципам конструирования малых спутников десятки специалистов из разных стран. Но не остановился на этом, а пошел в бизнес. С подачи ученого в 1985 году

НИИ КП

аньше тенденции в авиакосмосе определялись важными государственными задачами. Ситуация начала меняться лет двадцать назад, когда концепция малых спутников нашла поддержку профессионалов по всему миру. К малым относят спутники весом менее одной тонны. Они появились благодаря развитию микроэлектронных устройств, предназначенных для вполне земных приложений. Малые спутники собирают буквально из подручных средств – компьютерных микросхем, фотокамер, джойстиков, – которые просто адаптируют для работы в космических условиях. Весят они мало, стоят дешево, а выполняют те же задачи, что и обычные, большие аппараты: связь, фотосъемка, научные исследования. Малые спутники придумал английский инженер Мартин Свитинг в конце 1970-х. Будучи аспирантом в Университете Суррея, он вместе с несколькими энтузиастами сделал первый любительский радиоспутник UoSat-1 весом всего 50 кг. Аппарат запустили на орбиту в 1981 году и приняли

Так выглядит наноспутник второго поколения ТНС-0 № 2, разработанный НИИ КП для системы аварийного оповещения судов и самолетов «Коспас-Сарсат». Он весит 4.65 кг и питается от солнечных батарей. Испытания намечены на 2010 год

появилась компания Surrey Satellite Technology Limited (SSTL), которая приступила к коммерциализации изделий. Благодаря Свитингу спутниковые технологии перестали быть прерогативой больших держав и профессионалов космической отрасли, теперь они доступны практически всем. Малые спутники по карману даже тем странам, которые только осваивают космическое пространство. Например, Индонезия при помощи Германии запустила в 2007 году аппарат LAPAN-TUBSAT весом 56 кг. В течение года он вел наблюдения за Землей и проводил научные эксперименты. В его конструкции использовали бытовую 3-ПЗС-цветную видеокамеру с пространственным разрешением 6 м, цветную ПЗС-видеокамеру с пространственным разрешением 120 м, радиолинию телевидео реального времени, джойстик перенацеливания в реальном времени. До сих пор конструкторы наибольшее внимание уделяли спутникам класса мини и микро, наноспутники существовали в единичных экземплярах. Их В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

СВЯЗЬ

пространственное разрешение

Иерархия размерного ряда спутников

Тренд пространственного разрешения малых спутников подчиняется закону Мура

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Цена

Время работы

Большие

1000 кг

€ 300 M

10 лет

Малые

<1000 кг

€ 100 M

3–5 лет

Мини

500 кг

€ 30 M

2 года

Микро

50 кг

€ 1O M

1.5 года

Нано

1–10 кг

€1M

1 год

Пико

100 г

> € 100 к

≈1 года

и они вполне могут конкурировать с большими аппаратами. Возможности нынешних наноспутников многократно возросли по сравнению с первыми образцами, за рубежом для них открылись коммерческие перспективы — и почему бы действительно не развивать этот бизнес у нас. Во НИИ КП разработали программу технологических наноспутников и сконструировали несколько моделей. Самый первый аппарат ТНС-0, именно его запустил Шарипов, представлял собой цилиндр с радиоаппаратурой внутри, который питался от обычной литиевой батареи, поэтому прослужил на орбите всего 2.5 месяца. Его задачей была проверка работы аварийного радиобуя системы «Коспас-Сарсат»

НИИ КП

делали в основном в образовательных целях, коммерческие перспективы же были весьма туманны. Действительно, кто купит аппарат, на который в лучшем случае помещаются пара видеокамер и радиоустройство и который живет на орбите всего несколько месяцев? Желающих не находились, поэтому с наноспутниками долгое время только экспериментировали. Один из первых подобных аппаратов – SNAP-1 производства фирмы SSTL,— запустили в 2000 году с космодрома Плесецк. Он нес на борту систему наблюдения за другими орбитальными аппаратами, а также фотографировал поверхность Земли. В конструкции использовали матричную ПЗСкамеру с разрешением 1 км и матрицей 512 x 512 элементов, 3-осевую ориентацию, GPS-позиционирование. SNAP-1 весил 6.5 кг и обошелся разработчикам в 1.5 млн долларов. Этот эксперимент показал, что наноспутники могут выполнять работы по дистанционному зондированию Земли (ДЗЗ), а значит, на них найдется свой покупатель. Их возможности постоянно совершенствуются, и вот в 2007 году американцы испытали сразу несколько наноспутников ДЗЗ. Вскоре аппарат весом 3 кг сконструировали в Израиле, а в Берлинском университете запустили первый пикоспутник BEESAT – всего-то весом 1 кг. Назначение этого крохи сводилось к испытанию миниатюрных элементов конструкции и приборов. В России тоже занимаются наноспутниками. Первый отечественный аппарат этого класса запустил на орбиту в 2005 году Селижан Шарипов, работая на МКС, – он просто выбросил его рукой в космос. Наноспутник весом 5 кг сконструировали в НИИ космического приборостроения. Там полагают, что коммерческая ниша для таких устройств в России есть

Масса

Наноспутник ТНС-0 №1, изготовленный НИИ КП и запущенный в 2005 году. Его вес 5 кг

в космических условиях. Управляли им и собирали телеметрические данные через систему «Глобалстар». Коллеги быстро прознали об успешном испытании наноспутника, и конструкторам стали поступать заказы на выполнение научных экспериментов, пока, правда, бесплатные. Сейчас готово второе поколение ТНС, которые будут работать от солнечных батарей, что значительно продлевает срок их активного существования – ведь именно эта характеристика делает аппараты коммерчески привлекательными. Каждый наноспутник решает свою узкую задачу. Одна модель будет отрабатывать технологии управления аппаратом через телекоммуникационные сети, другая – испытывать полезную нагрузку для космического сегмента международной системы AIS (совместно с Европейским космическим агентством), третья – вместе с НИИЯФ МГУ и ИЗМИРАН исследовать ионосферу, а четвертая – экспериментировать с микродвигательными установками, которые придадут наноспутникам маневренность. Есть и образовательный проект по созданию наноспутника GRESat, который выполняют студенты ИПМ РАН и института ZARM при Бременском университете. Планов много, но испытания аппаратов нового поколения начнутся не ранее второй половины 2010 года. Энтузиасты обсуждали возможности наноспутников на конференции «Микротехнологии в авиации и космонавтике», состоявшейся в Москве 16–17 сентября 2009 г. По словам А.А. Романова, заместителя генерального директора по научной работе НИИ КП, наноспутники – это прорывная технология, которая меняет концепцию космического аппарата и вообще экономику космической деятельности. Впервые в космосе 25

НАНОСПУТНИКИ Хронология программ сверхмалых спутников Тип сверхмалого спутника и его масса

Отрабатываемые технологии и приборы

Год запуска

Германия, Берлинский технический ун-т

Tubsat-N, 8.5 кг

Сбор данных с наземных буев, слежение за перемещением животных

1998

Швеция, Ин-т космической физики

Munin, 7.5 кг

Изучение полярных сияний и космической погоды

2000

Англия, SSTL

SNAP-1, 6.5 кг

Маневрирование на орбите и инспекция другого спутника

2000

США, Калполи

CubeSat, 1.5 кг

Технологии ДЗЗ и другие задачи

2001

США, Стэнфордский ун-т

QuakeSat, 3 кг

Исследования предвестников землетрясений

2003

Россия, НИИ КП

ТНС-0 № 1, 5 кг

Проверка работы аварийного радиобуя «Коспас-Сарсат»

2005

США, NASA

Spheres, 3 кг

Взаимное маневрирование нескольких наноспутников

2006

США, Aerospace Corporation

MEPSI 2A/2B, 1.5 кг

Демонстрация МЭМС-компонент, технологий инспекции

2007

США, Boeing

CubeSat TestBed-1, 3 кг

Съемка Земли камерой сверхнизкого энергопотребления; отработка системы ориентации на магнитных катушках

2007

Израиль, Ассоциация по наноспутникам

INSAT-1, 3 кг

Технологии построения навигационной системы NAPS на базе наноспутников

2009

Германия, Берлинский технический ун-т

LAPAN-TUBSAT, 56 кг

ДЗЗ среднего и высокого разрешения с управлением в реальном времени

2007

Германия, Берлинский технический ун-т

BEESAT, 1 кг

Отработка миниатюрных приборов и компонент; надежность и резервирование

2009

Италия, ASI и Римский ун-т

EDUSAT, 10 кг

Образовательный проект; экспериментальная аэродинамическая система торможения «Сырдарья»

2010

Россия, НИИ КП

ТНС-0 № 2, 4.65 кг

Управления аппаратом через глобальные телекоммуникационные сети

2010

26

Специалисты SSTL укладывают в контейнер микроспутники созвездия UK-DMC2. Их запустили на ракете Днепр с Байконура 29 июля 2009 года Image acquired by DMCii, Copyright UK-DMC2 / SSTL 2009

появился «просто прибор», недорогой и доступный многим. К тому же закон Мура, применимый к этому классу аппаратов, прогнозирует дальнейшее уменьшение их стоимости и сроков внедрения. «Малые спутники становятся главным направлением развития космического компонента наблюдения Земли, а в скором времени и ДЗЗ», – сказал Романов в своем докладе. Однако уточнил, что эксперты НИИ КП не хотели бы создать впечатление о ненужности больших аппаратов, за которые все сделают малые. Это не так. Они лишь разъясняют, что у малых спутников есть конкретные применения. «Мы представили программу технологических наноспутников Федеральному космическому агентству и надеемся, что она будет поддержана. Наши доклады о ТНС на профессиональных конференциях пользуются популярностью, и это позволяет нам с оптимизмом смотреть в будущее», – сказал Романов. Запуская «созвездия» и «рои» наноспутников, можно значительно расширить их возможности, в частности достичь более высокого пространственного разрешения благодаря распределенной апертуре. Пионером данного направления стала, разумеется, компания SSTL, запустившая еще в 2002 году систему из нескольких

SSTL 2009

Организация

Пожар в лесах Калифорнии. Снимок сделан микроспутниками UK-DMC2 в августе 2009 года

микроспутников для контроля природных катастроф – Disaster Monitoring Constellation. Созвездие наблюдало за цунами в Индийском океане в 2004 году и за ураганом Катрина в 2005-м. Первое же созвездие, которое выполняет коммерческие заказы, реализовали в немецкой компании RapidEye при посредстве канадской организации MDA. В августе 2008 года с Байконура они запустили систему из пяти микроспутников по 150 кг каждый. Разработчики дают им семь лет жизни на орбите, что станет своего рода рекордом. Созвездие RapidEye передает фотоснимки поверхности, которые покупают лесные и сельскохозяйственные промышленники, картографы по всему миру. Стоимость коммерческого запуска микро- и наноспутников исчисляется миллионами и сотнями тысяч долларов, во НИИ КП затраты не подсчитывали, но, по словам главного научного сотрудника В.М. Вишнякова, они могут составлять примерно 200 тыс. евро. По неофициальным же данным, приводимым в кулуарах конференции, наши инженеры берутся сконструировать наноспутник за 5–7 тыс. долларов, бесплатный запуск прилагается. Татьяна Пичугина «Российские нанотехнологии», № 9-10, 2009 г. В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

МИНОБРНАУКИ

Argonne National Laboratory

Деньги освоят самые коммуникабельные

апреле текущего года правительством был принят ряд постановлений, направленных на финансовое обеспечение и стимулирование развития науки и ее инновационной составляющей. Во-первых, руководство страны планирует предоставить гранты для поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах. Во-вторых, из федерального бюджета будут выделены субсидии на реализацию комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства, выполняемых российскими вузами, при софинансировании со стороны частного сектора. В-третьих, планируется выделить бюджетные ассигнования на государственную поддержку развития инновационной инфраструктуры образовательных учреждений, включая поддержку малого инновационного предпринимательства. Указанные мероприятия планируется реализовать в течение 2010–2012 годов с возможным последующим продлением сроков. Они будут курироваться Министерством образования и науки. Выделение финансирования будет происходить на конкурсной основе. Старт уже взят – Минобрнауки объявило конкурсы по указанным направлениям.

В

ГРАНТЫ ПРАВИТЕЛЬСТВА Постановление Правительства РФ от 9 апреля 2010 года № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

образовательные учреждения высшего профессионального образования». Гранты правительства предоставляются совместно ведущему ученому и вузу, на базе которого планируется проводить научное исследование. В обязанность ученого входит формирование научного коллектива и обеспечение научного процесса. В обязанность вуза – предоставление материально-технической базы. Финансируются работы по основным приоритетным направлениям развития науки и технологий. Понятие «ведущий ученый» не конкретизируется однозначно в постановлении или в конкурсной документации. Однако существует ряд требований, которым он должен удовлетворять. Так, участниками конкурса могут быть российские и иностранные ученые, занимающие лидирующие позиции в определенной области наук. Ограничений в части гражданства или страны проживания нет. Конкурсная комиссия будет определять требуемый уровень квалификации ученого на основании следующих данных: персональной анкеты претендента, информационных материалов об опыте его научной работы (включая CV, перечень публикаций за последние пять лет, патентов, 10 наиболее значимых, с его точки зрения, публикаций); а также данных об имеющемся опыте по руководству научным коллективом.

Согласно условиям конкурса необходимо личное руководство научным процессом (то есть очное присутствие ведущего ученого в российском вузе) и проводимыми научными исследованиями не менее четырех месяцев в календарном году начиная с 2011 года. При этом если ведущий ученый работает с 2007 года по день подачи заявки по трудовому договору с какойто организацией, расположенной на территории Москвы или Московской области, то он не может подавать заявки совместно с вузами, находящимися на территории столицы и области. Ситуация аналогична для всех субъектов страны. То есть речь идет о стимулировании привлечения квалифицированных научных сотрудников для участия в развитии и подъеме иных научных коллективов и направлений исследований. Поэтому и условия участия ведущего ученого в научных мероприятиях в рамках исполнения грантовых обязательств, а также учет интересов его постоянного работодателя должны найти отражение в договоре, заключаемом между вузом и организацией-работодателем ученого. Такой договор должен отражать все аспекты взаимодействия сторон распределения прав на получаемые результаты научной деятельности. Научный коллектив, который будет вести исследование, формирует ведущий ученый из состава сотрудников базового вуза. Таким образом, в случае признания заявки победителя вуз обязуется заключить с ведущим ученым и членами научного коллектива гражданско-правовые или трудовые (срочные трудовые) договора и выплачивать вознаграждение за осуществление научного исследования с учетом качества и количества вложенного труда каждого члена научного коллектива. При этом общий размер вознаграждения не будет превышать 60 % суммы предоставленного гранта. Выделение грантов правительства для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах, будет осуществляться путем перечисления средств учебному заведению, на базе которого получатель гранта (ведущий ученый) будет вести научное исследование. Но расходовать эти средства вузы смогут только с его согласия.

СУБСИДИИ НА РАЗВИТИЕ КООПЕРАЦИИ ВУЗОВ И ОРГАНИЗАЦИЙ Постановление Правительства РФ от 9 апреля 2010 года № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных 27

МИНОБРНАУКИ заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства». Субсидии выделяются на конкурсной основе организации, которая представляет проект, предусматривающий выполнение НИОКР российскими вузами, а также берет на себя обязательство по финансированию соответствующего проекта за счет собственных средств в размере не менее 100 % объема субсидии. При этом не менее 20 % должно идти на финансирование непосредственно НИОКР, остальные средства – на обеспечение материальнотехнической базы проекта. После выполнения работ и в течение пяти лет после завершения договора о выделении субсидий организация, являющаяся исполнителем проекта, обязана предоставлять информацию о высокотехнологичной продукции, разработанной в рамках проекта, а также о ходе реализации проекта и об объемах выпускаемой продукции.

АССИГНОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ ПОДДЕРЖКИ Постановление Правительства РФ от 9 апреля 2010 года № 219 «О государственной поддержке развития инновационной инфраструктуры в федеральных образовательных учреждениях высшего профессионального образования». Эти меры направлены на поддержку развития инновационной инфраструктуры, включая помощь малому инновационному предпринимательству (создание хозяйственных обществ), в федеральных образовательных вузах. Бюджетные ассигнования по данному направлению могут финансировать следующие расходы: а) развитие объектов инновационной инфраструктуры в образовательных учреждениях и их оснащение современным оборудованием, включая его техническую эксплуатацию, и программным обеспечением, необходимыми для внедрения результатов научно-технической и интеллектуальной деятельности, исключительные права на которые принадлежат образовательным учреждениям; б) правовую охрану результатов интеллектуальной деятельности образовательного учреждения и оценку результатов интеллектуальной деятельности, исключительные права на которые принадлежат образовательным учреждениям; в) реализацию и разработку целевых программ подготовки и повышения квалификации кадров в сфе28

ре малого инновационного предпринимательства, в том числе для студентов, аспирантов и молодых ученых, а также разработку учебнометодологического и научнометодического обеспечения для субъектов малого и среднего предпринимательства; г) стажировку и повышение квалификации сотрудников образовательных учреждений в сфере инновационного предпринимательства и трансфера технологий в иностранных университетах, имеющих эффективную инновационную инфраструктуру; д) консалтинговые услуги иностранных и российских экспертов в сфере трансфера технологий, создание и развитие малых инновационных компаний, включая привлечение профессорско-преподавательского состава к нормативно-методическому и практическому обеспечению создания таких компаний. Конкурсный отбор финансируемых программ будет осуществляться на основе анализа научного, образовательного и инновационного потенциала конкретного образовательного учреждения за последние три года. Скорее всего, желающих получить финансирование по данному направлению будет достаточно. Поэтому не только важно, на какие именно цели будет направлено финансирование, но и как будет производиться оценка эффективности подобного выделения средств. А производиться она будет по следующим показателям:  комплексность созданной инновационной инфраструктуры образовательного учреждения и объем выполняемых на ее базе работ и услуг;  эффективность действующей системы регистрации и учета результатов интеллектуальной деятельности;  количество результатов интеллектуальной деятельности, принятых к бюджетному учету;  количество хозяйственных обществ, созданных образовательным учреждением;  количество рабочих мест в созданной инновационной инфраструктуре и хозяйственных обществах;  количество студентов, аспирантов и представителей профессорскопреподавательского состава, участвующих в работе хозяйственных обществ;  количество реализуемых созданными хозяйственными обществами проектов, поддержанных Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической

сфере и другими организациями, а также объем привлеченных внебюджетных средств;  объем НИОКР, выполняемых в образовательном учреждении;  количество подготовленных и повысивших квалификацию ин новационно-ориентированных кадров для малого и среднего инновационного предпринимательства по программам, разработанным в образовательном учреждении;  численность профессорско-преподавательского состава и сотрудников образовательного учреждения, прошедших стажировки и программы повышения квалификации в сфере инновационного предпринимательства и трансфера технологий на базе объектов инновационной инфраструктуры ведущих иностранных университетов;  объем высокотехнологичной продукции, созданной с использованием элементов инновационной инфраструктуры образовательного учреждения.

ВОЗМОЖНЫЕ МИНУСЫ Привлечение ведущих ученых к руководству научными коллективами вне своего постоянного места работы будет возможно при условии заинтересованности постоянного работодателя ученого, поскольку временная потеря квалифицированных кадров и финансирования потребует компенсации. А ее легальный вариант для постоянного работодателя – это участие в реализации полученных результатов научной деятельности. Выбор вуза организацией, ведущей комплексный технологический проект, для участия в финансировании НИОКР будет происходить не только на основании существующей у учебного заведения научно-технической базы и кадрового состава, но и с учетом человеческого фактора – достижения договоренностей с руководством вуза об условиях участия в комплексном проекте, обеспечения сроков и качества выполнения работ. Равно как и получение финансовой поддержки на развитие инновационной инфраструктуры зависит от умения и возможностей руководителей вузов организовать работу научного коллектива и заинтересовать потенциальных инвесторов. Поэтому большие, на первый взгляд, финансовые вложения со стороны государства могут быть получены конкретными вузами только при условии, если с их стороны возникнет твердое желание в их эффективном освоении. Марина Гордеева для STRF.ru В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ИНТЕРНЕТ

Nanopaprika и другие сети для ученых ак известно, Интернет был создан учеными для удобства и оперативности обмена информацией между удаленными пользователями, позже и бизнесмены стали активно осваивать Интернет. Формы интернет-общения эволюционировали от переписки по электронной почте, конференций и форумов, мгновенного обмена сообщениями в чатах и при помощи интернетпейджеров до IP-телефонии и видеозвонков, телеконференций и т.д. Процесс удаленного взаимодействия между людьми также обслуживают (и уже ставшими незаменимыми): поисковые системы, хостинги персональных страниц, медиаконтента и файлов, пиринговые службы и другие сервисы. Новые возможности для общения появились с возникновением социальных сетей. Социальная сеть – веб-сервис, целью работы которого является создание онлайн-сообщества пользователей, имеющих общие интересы. Это могут быть одноклассники/однокурсники, родственники/однофамильцы, бывшие и нынешние коллеги, специалисты аналогичного профиля и т.д. и т.п. Для любой социальной сети характерно наличие у каждого пользователя своего «профиля» с некоторой информацией персонального характера, а также создание и развитие групп «друзей по интересам». Они предоставляют возможность создать свою среду обитания – свой мир – просто для души, или для профессиональных целей. В сетях реализованы функции фото- и видеохостингов, файлообменных сетей, сервисов закладок, блогов, блокнотов и ежедневников. Интересный факт – на сообщение, брошенное через социальную сеть, откликаются практически незамедлительно, а вот на простое электронное письмо можно долго ожидать ответа, увы. В отличие от блогов, используемых в первую очередь для публикации в сети монологов авторов, социальные сети ориентированы именно на диалог – общение (хотя в них возможна и блог-деятельность). И сегодня во всем мире, в том числе и в России, наблюдается всплеск такого

К

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

сетевого общения, растет популярность социальных сетей. Лидерство удерживает Facebook (возникла 4 февраля 2004 г.) с аудиторией свыше 500 млн человек. В России наиболее популярна сеть «ВКонтакте», которая является аналогом Facebook. Вторая по популярности российская сеть – «Одноклассники», тоже аналог американской сети «Classmates» (самой старой сети, основанной еще 1994 г.). Такие сети позволяют не только обнаружить старых приятелей/однокурсников/одноклассников, но и новых единомышленников, а также найти работу (или работников), партнеров, инвесторов. Помимо крупных социальных сетей, насчитывающих десятки миллионов пользователей, в Интернете возникает множество небольших специализированных, объединяющих людей одной профессии (или имеющих одинаковые предпочтения в музыке и т.д.), причем все эти сети имеют свои группы на Facebook. На Facebook имеют свои представительства и Национальные лаборатории, университеты, издательства научных журналов и другие солидные организации. А в мега-сети Ning вы можете найти и сеть индийских ученых/исследователей (и студентов/аспирантов) в области материаловедения (металлургии, минералов, керамики, полимеров), и сеть ученых-материаловедов Университета штата Огайо. В российской сети «ВКонтакте» уже появилась группа участников интернет-олимпиады. Наряду с крупными интернациональными сетями Facebook и LinkedIn (язык общения – английский) существует масса региональных, области их влияния отображены на World Map of Social Networks. Еще специалисты анализируют, какие возрастные группы пользователей отдают предпочтение тем или иным сетям. Так, видно, что в LinkedIn, созданной для профессионального общения, меньше молодежи, чем людей среднего и старшего возраста. Разные сети изначально предназначались для решения различных задач, и будущий пользователь сети, зная функциональные возможности

и предоставляемые сервисы, может выбрать из множества именно ту сеть, которая позволить ему эффективно решить проблему. Более того, еще до регистрации есть возможность посмотреть, кто уже является пользователем сети, какие группы созданы — возможно, именно с этими людьми есть необходимость общаться. Некоторые группы профессионалов/ специалистов, например бизнесмены, уже хорошо усвоили преимущества пользования социальными сетями для продвижения своего бизнеса/бренда (используя SEO и др. инструменты). Так, согласно результатам исследований до 90 % предпринимателей активно пользуются социальными сетями. Но только… один из семи (!) научных сотрудников активно использует социальные сети Интернета. Хотя сегодняшних молодых ученых можно назвать поколением Facebook (Gen F Scientists). Справедливости ради следует отметить, что многие ученые уже пожинают плоды оперативного взаимодействия с коллегами, используя специализированные подгруппы и страницы этих систем, а также списки Twitter. Профессора университетов, ведущие еще и множество исследовательских проектов, занятые в редакциях журналов и оргкомитетах конференций и т.п., могут и не видеть преимуществ использования Twitter и Facebook. Возможно, и они со временем найдут ту профессиональную сеть, которая станет необходимым ресурсом, позволяющим эффективно организовать исследовательский процесс. И социальные сети в конечном итоге помогут сэкономить время и будут полезными для ученых. И разработчики сетей активно работают над этим. В первую очередь, это нужно сказать о социальных медиа-сервисах и социальных сетях для ученых, созданных по инициативе крупных научных издательств: Elsevier – 2collab (http://www.2collab.com/nonLoggedInHomePage) Nature – NatureNetwork (http://network.nature.com/) Scitable (http://www.nature.com.scitable)

29

СВЯЗЬ Science – MySciNet, CTScinet (http://community.sciencecareers.org/) Springer – Citeulike (http://www.citeulike.org/) Thompson Reutes - ResearcherID (http://www.researcherid.com/)

Наблюдается значительный рост сетевой активности ученых в отдельных частях мира. Андраш Пастернак, создатель и редактор международного NanoScience сообщества, также известного как Nanopaprika, отмечает, что в Восточной Европе молодые ученые все больше и больше используют онлайн инструменты и сети. И таких сетей уже создано немало для тех, кто занимается нанотехнологиями и в Германии, и в Испании, и в Канаде: http://www.nanopaprika.eu http://www.nanobionet.de/ http://www.nanoscienceworks.org/ http://www.nanoscout.de/ http://nanohub.org http://www.nano2life.org http://nanoquebec.ca http://nanoscience.hu http://nanospain.org

Не обойдены вниманием разработчиков биологи, химики, физики. Хотя мы находимся только в начале эволюции социальных сетей для ученых, неполный перечень образовательных и научно-ориентированных сетей уже впечатляет: Academia.edu (http://academia.edu/) http://academicearth.org/ http://www.academici.com/ http://www.biomedexperts.com/ http://www.biocrowd.com http://www.e-learningsocial.com/home.php http://www.epernicus.com/ http://www.lalisio.com/ http://www.labmeeting.com http://laboratree.org/ http://www.labroots.com/ LabSpace - http://www.labspaces.net/ http://www.myexperiment.org/ http://www.ocwconsortiun.org http://www.phantomsnet.net/Foundation/ index.php?project=1&intra=1 http://sn.pronetos.com ResearchGate (http://www.researchgate.net/) http://www.scidev.net http://sciencestage.com http://scholarz.net/tour/team_and_story http://www.sciencefeed.com/ http://www.scimednet.org/ http://www.scivee.tv/ http://www.vitae.ac.uk/

Нужно отметить, что разработчики сервисов для ученых/исследователей считают, что сайты социальных сетей для ученых должны предлагать больше, чем обычные сайты, чтобы быть успешными. «Пока большинство таких сайтов практически не имеют никаких допол30

нительных преимуществ над LinkedIn, например. Вот почему Mendeley ставит своей целью приносить пользу исследователям, помогая им управлять и делиться своими статьями, обсуждая результаты исследований», – говорит представитель Mendeley. И сегодня обмен статьями, ссылками возможен не только на Mendeley (http://www.mendeley.com/), но и на других порталах: http://www.zotero.org/ http://www.stumbleupon.com http://www.icyte.com http://bookmooch.com http://www.twidox.com http://usefulchem.wikispaces.com

Правда, нужно иметь в виду, что принцип открытости социальных сетей Интернета, вообще говоря, находится в прямом противоречии с идеей авторского права при публикации результатов исследований. Хотя химик Жан Клод Брэдли (http://usefulchem.blogspot. com/) уже сделал свои научные отчеты общедоступными онлайн, после того как они были зарегистрированы. Вновь появившиеся социальные сервисы, такие как Google Wave (https:// www.google.com/accounts/ServiceLogin?servi ce=wave&passive=true&nui=1&continue=https %3A%2F%2Fwave.google.com%2Fwave%2F&fo llowup=https%3A%2F%2Fwave.google.com%2 Fwave%2Fnewuser<mpl=tempopensignups2),

наверняка также найдут своих поклонников и в среде научных сотрудников. Сегодня мы наблюдаем процесс возникновения и роста как международных, так и региональных социальных сетей для учащейся молодежи, студентов и аспирантов: http://www.graduates.com http://www.postgraduatetoolbox.net/ http://www.student.com http://educationalnetworking.com http://www.classroom20.com/ http://www.theschoolsunited.com/community/ http://www.imbee.com http://www.brainify.com http://www.campusbug.com http://thequad.com http://thinkquest.org http://studivz.de – Германия http://studiqg.fr – Франция http://studiln.it – Италия http://estudiln.es – Испания http://xiaonei.com – Китай

Не остается в стороне от этого процесса и Россия. В Рунете появляются социальные сети для ученых и, конечно же, молодых ученых: http://allscience.ru http://russian-scientists.ru http://scipeople.ru http://www.science-community.org/ru

http://youngscience.ru – портал станет в

ближайшем будущем научной сетью. Помимо вышеперечисленных социальных сетей, в Рунете множество других. Например, проект «Твиди» http:// tvidi.ru/ch/main/, объединяющий младшее поколение пользователей – детей и подростков – и позволяющий им (а также их родителям) общаться с преподавателями и сверстниками вне стен учебного заведения. Не обойдены вниманием старшие школьники и студенты: http://www.agakids.ru http://www1.mirbibigona.ru http://dnevnik.ru http://www.classnet.ru http://scribler.ru http://fossa.net.ru http://myws.ru – расписание уроков http://letopisi.ru – с вики-элементами http://ekavuz.ru – вузы Екатеринбурга http://www.campus.ru/main http://superid.ru – студенты и их будущее трудоустройство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Хотя нынешняя система оффлайнобщения ученых (конференции, коллоквиумы, симпозиумы, обмены и др.) работает хорошо вследствие того, что она учитывает характер научных исследований. «Мы получаем идеи, можем сосредоточиться на них, проверить их, затем остановиться и подумать о результатах, обсудить их, – комментируeт Брайан Крюгер (Labspaces). Мы используем научные совещания для содействия дальнейшему развитию гипотез, добавляя новые точки зрения, обсуждая различные аспекты наших исследований. Но я не уверен, сможете ли вы получить тот же результат, используя научные социальные сети Интернета». Иной точки зрения придерживается Дэйв Фланаган (редактор Advanced Functional Materials), который полагает, что решающее значение для научных социальных сетей будет иметь разработка медиа-приложений, специально созданных для ученых (визуализация химической структуры молекулы и описание связей, представление NMR-спектров и т.п.), или же когда приложения, предназначенные для общих сетей, будут лучше учитывать нужды и потребности научного сообщества.… И через десять лет, оглядываясь назад, мы не сможем поверить, как же мы обходились без этого, – возможно, они станут столь же необходимы, как Периодическая таблица, которая сегодня всегда должна быть под рукой и у химика, и у нанотехнолога, и у физика… Палии Наталия Алексеевна, Нанотехнологическое сообщество «Нанометр» (www.nanometer.ru) В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ЭКСПЕРТИЗА

Мифы нанотехнологий

RMTip21

Любой вид человеческой деятельности обрастает мифами. Нанотехнологии, главный научно-технологический проект современности, не исключение. Более того, здесь мифотворчество касается самой сути. Большинство людей, даже принадлежащих к научному сообществу, убеждены, что нанотехнологии — это в первую очередь манипулирование атомами и конструирование объектов посредством сборки из атомов. Это — главный миф.

аучные мифы имеют двоякую природу. Одни порождаются неполнотой нашего знания о природе или недостатком информации. Другие создаются сознательно, с определенной целью. В случае нанотехнологий мы имеем второй вариант. Благодаря этому мифу и вытекающим из него следствиям удалось привлечь внимание власть имущих и резко ускорить запуск проекта «Нанотехнологии» с автокаталитическим ростом объема инвестиций. В сущности, это было небольшое шулерство, вполне допустимое правилами игры на высшем уровне. Миф сыграл свою благотворную роль инициатора процесса и был благополучно забыт, когда дело дошло собственно до технологий. Но мифы обладают удивительным свойством: родившись, они начинают жить собственной жизнью, демонстрируя при этом поразительную живучесть и долголетие. Они настолько прочно укореняются в сознании людей, что влияют

Н

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

на восприятие действительности. Реальные нанотехнологические процессы, как зарубежные, так и проекты «Роснано», в корне противоречат мифу, что порождает сумятицу в головах (большинство людей до сих пор не понимает, что такое нанотехнологии), неприятие (это не настоящие нанотехнологии!) и даже отрицание нанотехнологий как таковых. Помимо главного мифа история нанотехнологий являет нам несколько сопутствующих мифов, которые возбуждающе действуют на разные группы населения, порождая необоснованные надежды у одних и панический страх у других.

МИФ ОБ ОТЦЕ-ОСНОВАТЕЛЕ Самый безобидный в череде мифов – приписывание Ричарду Фейнману, специалисту в области квантовой теории поля и физики элементарных частиц, роли отца-основателя нанотехнологии. Этот миф возник в 1992 году во

время выступления пророка нанотехнологии Эрика Дрекслера перед сенатской комиссией на слушаниях на тему «Новые технологии для устойчивого развития». Для продавливания придуманного им нанотехнологического проекта Дрекслер сослался на высказывание нобелевского лауреата по физике, незыблемый авторитет в глазах сенаторов. К сожалению, Фейнман скончался в 1988 году и поэтому не мог ни подтвердить, ни опровергнуть это высказывание. Но если бы он мог его услышать, то, скорее всего, весело рассмеялся бы. Он был не только выдающимся физиком, но и знаменитым шутником, недаром его автобиографическая книга носила название «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!». Соответственно была воспринята та самая прославленная речь Фейнмана, которую он произнес на предновогоднем ужине Американского общества физики в Калифорнийском технологическом институте. По воспоминаниям одного из участников того собрания, американского физика Пола Шликта: «Реакцию зала в общем и целом можно назвать веселой. Большинство подумало, что докладчик валяет дурака». Но слова: «Известные нам принципы физики не запрещают создавать объекты «атом за атомом». Манипуляция атомами вполне реальна и не нарушает никаких законов природы», – были сказаны, это факт. Остальное представляло собой рассуждения на тему миниатюризации вкупе с футурологическими прогнозами. По прошествии четверти века некоторые из высказанных Фейнманом идей были «творчески» развиты Эриком Дрекслером и породили главные мифы нанотехнологии. Далее мы будем часто возвращаться к этой речи, чтобы напомнить, что на самом деле говорил Фейнман, а заодно получить удовольствие от четкости и образности формулировок великого ученого.

МИФ О БЕЗОТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ Создавая объект атом за атомом, мы, очевидно, применяем безотходную технологию. Слово «очевидно» употреблено здесь в самом что ни есть первозданном смысле – когда люди, в первую очередь чиновники, смотрят на картинки, изображающие процесс манипулирования атомами, они не видят никаких отходов, никаких дымящих труб, загрязняющих атмосферу, и промышленных стоков, загрязняющих водоемы. По умолчанию понятно, что для перетаскивания почти невесомого атома на расстояние в несколько нанометров требуется ничтожное количество энергии. В общем, идеальная технология для 31

«устойчивого развития» — концепции, чрезвычайно популярной в 90-е годы прошлого столетия. Вопрос, откуда появляются атомы для сборки, почти неприличен. Естественно, со склада, откуда их, наверно, доставляют экологически чистые электрокары. Подавляющая часть населения вообще слабо представляет, откуда что берется. Например, материалы, из которых сделаны различные промышленные товары, которые мы потребляем во все большем количестве. Связь этих товаров с химической промышленностью не просматривается. Химия как наука скучна и не очень нужна, а химическая промышленность — как безусловно вредная для окружающей среды — подлежит закрытию. Помимо всего прочего, химическая промышленность, по мнению большинства, хищнически расходует природные ресурсы, используя для своих процессов нефть, газ, руды, минералы. А для новой технологии, как представляют ее приверженцы, нужны лишь атомы: вот в этом отсеке склада у нас хранятся атомы золота, в следующем — атомы железа, потом атомы натрия, атомы хлора, в общем, вся Периодическая система Менделеева. Вынуждены разочаровать авторов этой идиллической картины: атомы сами по себе, за исключением атомов инертных газов, существуют лишь в вакууме, во всех остальных условиях они вступают во взаимодействие с себе подобными или другими атомами, в химическое взаимодействие с образованием химических соединений. Такова природа вещей, и с этим ничего нельзя поделать. Любая технология требует некоторых приспособлений, средств производства, которые также ускользают от внимания апологетов сборки объектов из атомов. Впрочем, иногда, наоборот, привлекают их внимание и потрясают до глубины души. Действительно, туннельные и силовые микроскопы — это красивейшие устройства, зримое свидетельство мощи человеческого разума. И в целом лаборатории, в которых занимаются манипулированием атомами, являют образ технологий будущего в духе «Третьей волны» Элвина Тоффлера: так называемые чистые комнаты с кондиционированием и специальной очисткой воздуха, устройства, исключающие малейшую вибрацию, оператор в специальной одежде с университетским дипломом в кармане. Все это тоже будут безотходно собирать из атомов? Включая фундамент, стены и крышу помещений? Полагаем, что утвердительно ответить на этот вопрос не рискнут даже самые ярые приверженцы этой технологии.

32

Polyhedra

ЭКСПЕРТИЗА

Человечество когда-нибудь создаст безотходные, экологически чистые технологии, но они будут основаны на других принципах или на принципиально другой технике.

МИФ О НАНОМАШИНАХ Собственно, изначально речь и шла о другой технике. Идея о том, что для конструирования на наноуровне необходимо иметь манипулятор соответствующего размера, очевидна. Вот как видел реализацию этой идеи Ричард Фейнман: «Предположим, что я изготовил набор из десяти рук-манипуляторов, уменьшенных в четыре раза, и присоединил их проводами к исходной системе рычагов управления — так, что эти манипуляторы одновременно и точно повторяют мои движения. Затем я вновь изготовлю набор из десяти манипуляторов в четверть нормальной величины. Естественно, что первые десять манипуляторов при этом изготовят 10 х 10 = 100 штук манипуляторов, уменьшенных, однако, уже в 16 раз… Ничто не мешает продолжить этот процесс и создать сколько угодно крошечных станков, поскольку это производство не имеет ограничений, связанных с размещением станков и их материалоемкостью… Понятно, что это сразу снимает и проблему стоимости материалов. В принципе мы могли бы организовать миллионы одинаковых миниатюрных заводиков, на которых крошечные станки непрерывно сверлили бы отверстия, штамповали детали и т. п.». Этот подход — прямолинейная реализация идеи создания миниатюрных устройств. Он, пусть и со многими ограничениями, работает на микроуровне, подтверждением чему служат так называемые микроэлектромеханические устройства. Их используют в системах раскрытия подушек безопасности в автомобилях при авариях, в лазерных и струйных принтерах, в датчиках давления, в бытовых кондиционерах и в индикаторах

уровня топлива в бензобаке, в кардиостимуляторах и в джойстиках игровых приставок. Разглядывая их под микроскопом, мы увидим привычные нам шестеренки и валы, цилиндры и поршни, пружины и клапаны, зеркала и микросхемы. Но нанообъекты обладают свойствами, отличными от свойств макро- и микрообъектов. Если мы найдем способ, как пропорционально уменьшить размер транзисторов с сегодняшних 45—65 нм до 10 нм, то они просто не будут работать, потому что электроны начнут туннелировать через слой изолятора. А соединительные провода истончатся до цепочки атомов, которые и ток будут проводить не так, как массивные образцы, и станут разбредаться в стороны из-за теплового движения или, наоборот, собираться в кучку, забыв о задаче поддержания электрического контакта. То же относится и к механическим свойствам. При уменьшении размера растет отношение площади поверхности к объему, а чем больше поверхность, тем больше трение. Нанообъекты буквально приклеиваются к другим нанообъектам или к поверхностям, которые для них вследствие их собственной малости кажутся ровными. Это полезное качество для геккона, который легко шагает по вертикальной стене, но крайне вредное для любого устройства, которому надо ехать или скользить по горизонтальной поверхности. Для того чтобы просто сдвинуть его с места, придется затратить непропорционально много энергии. С другой стороны, мала инерция, движение быстро прекращается. Нетрудно сделать наномаятник — прицепить частицу золота диаметром в несколько нанометров к углеродной нанотрубке диаметром 1 нм и длиной в 100 нм и подвесить его к пластинке кремния. Но этот маятник, если раскачать его в воздухе, почти сразу остановится, потому что даже воздух — существенное препятствие для него. У нанообъектов, как говорится, высокая парусность, их вообще легко сбить с пути истинного. Многие, наверно, наблюдали в микроскопе броуновское движение — беспорядочные метания мелкой твердой частички в воде. Альберт Эйнштейн еще в 1905 году объяснил причину этого явления: молекулы воды, находящиеся в постоянном тепловом движении, ударяются о поверхность частицы, и нескомпенсированность силы ударов с разных сторон приводит к тому, что частица приобретает импульс в том или ином направлении. Если уж частица размером 1 мкм чувствует силу ударов маленьких молекул и изменяет направление движения, то что говорить В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ЭКСПЕРТИЗА

МИФ О НАНОРОБОТАХ Предположим, что мы создали на бумаге или на экране компьютера эскиз наноустройства. Как бы его собрать — и желательно не в одном экземпляре? Можно, следуя Фейнману, создать «крошечные станки, которые непрерывно сверлиW W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

ли бы отверстия, штамповали детали и т. п.» и миниатюрные манипуляторы для сборки готового изделия. Эти манипуляторы должны управляться человеком, то есть иметь некую макроскопическую оснастку или, по крайней мере, действовать согласно заданной человеком программе. Кроме того, необходимо как-то наблюдать за всем процессом, например, с помощью электронного микроскопа, также имеющего макроразмеры. Альтернативную идею выдвинул в 1986 году американский инженер Эрик Дрекслер в футурологическом бестселлере «Машины созидания». Выросший, как все люди его поколения, на книгах Айзека Азимова, он предложил использовать для производства наноустройств механические машины соответствующих (100– 200 нм) размеров – нанороботы. Речь уже не шла о сверлении и штамповке, эти роботы должны были собирать устройство непосредственно из атомов, поэтому они были названы ассемблерами – сборщиками. Но подход оставался чисто механическим: сборщик был оснащен манипуляторами длиной в несколько десятков нанометров, двигателем для перемещения манипуляторов и самого робота, включая упомянутые ранее редукторы и передачи, а также автономным источником энергии. На круг выходило, что наноробот должен состоять из нескольких десятков тысяч деталей, а каждая деталь – из одной-двух сотен атомов.

их поставить. Линейные размеры этого компьютера не должны были превышать 40–50 нм – это как раз размер одного транзистора, достигнутый промышленной технологией нашего времени, через 25 лет после написания Дрекслером книги «Машины созидания». Но ведь Дрекслер и адресовал свою книгу в будущее, в далекое будущее. На момент написания книги ученые еще не подтвердили даже принципиальную возможность манипулирования отдельными атомами, не говоря о сборке из них хоть каких-нибудь конструкций. Это случилось лишь через четыре года. Устройство, использованное для этого впервые и используемое до сих пор – туннельный микроскоп, – имеет вполне осязаемые размеры, десятки сантиметров в каждом измерении, и управляется человеком с помощью мощного компьютера с миллиардами транзисторов. Но мечта-идея о нанороботах, собирающих материалы и устройства из отдельных атомов, была настолько красивой и заманчивой, что это открытие лишь придало ей убедительности. Не прошло и нескольких лет, как в нее уверовали далекие от науки сенаторы США, журналисты, а с их подачи – общественность и, что совсем удивительно, сам автор, который продолжал отстаивать ее даже тогда, когда ему доходчиво объяснили, что идея нереализуема в принципе. Аргументов против таких механических устройств множество, приведем лишь самый простой, выдвинутый Ричардом Смолли: манипулятор, «захвативший» атом, соединится с ним навеки вследствие химического взаимодействия. Смолли был лауреатом Нобелевской премии по химии, в этом, наверно, было дело. Но идея продолжала жить своей жизнью и дожила до наших дней, заметно усложнившись и дополнившись различными приложениями.

RalphyMyBoy

о частице размером 10 нм, которая весит в миллион раз меньше и для которой соотношение веса к площади поверхности меньше в 100 раз. И тем не менее в научной и научнопопулярной литературе, особенно в публикациях СМИ, постоянно встречаются описания нанокопий различных механических деталей, шестеренок, гаечных ключей, колес, осей и даже редукторов. Предполагается, что из них будут созданы действующие модели наномашин и других устройств. Не надо относиться к этим работам с излишней серьезностью, осуждая, недоумевая или восхищаясь. «Я лично убежден, что мы, физики, могли бы решать такие задачи просто ради интереса или забавы», — сказал Ричард Фейнман. Физики шутят… На самом деле они полностью отдают себе отчет в том, что для создания наномеханических или наноэлектромеханических устройств необходимо использовать конструкционные подходы, отличные от макро- и микроаналогов. И здесь для начала даже изобретать ничего не надо, потому что природа за миллиарды лет эволюции создала столько различных молекулярных машин, что нам всем десяти лет не хватит, чтобы в них разобраться, скопировать, приспособить для своих нужд и попытаться что-то улучшить. Наиболее известный пример природного молекулярного мотора – так называемый флагеллярный мотор бактерий. Другие биологические машины обеспечивают сокращение мышц, биение сердца, транспорт питательных веществ и перенос ионов через клеточную мембрану. Кпд молекулярных машин, превращающих химическую энергию в механическую работу, во многих случаях близок к 100%. При этом они чрезвычайно экономичны, например на работу электромоторов, обеспечивающих движение бактерии, затрачивается менее 1 % энергетических ресурсов клетки. Мне представляется, что описанный биомиметический (от латинских слов «биос» – жизнь и «миметис» – подражание) подход – наиболее реалистичный путь создания наномеханических устройств и одна из тех областей, где содружество физиков и биологов на ниве нанотехнологий может принести ощутимые результаты.

Проблема визуализации атомов и молекул как-то незаметно растворилась, казалось вполне естественным, что наноробот, оперирующий объектами сопоставимых с ним размеров, «видит» их, как человек видит гвоздь и молоток, которым он забивает этот гвоздь в стену. Важнейшим узлом наноробота был, конечно, бортовой компьютер, который управлял работой всех механизмов, определял, какой атом или какую молекулу следовало захватить манипулятором и в какое место будущего устройства

МИФ О МЕДИЦИНСКИХ НАНОРОБОТАХ Наиболее популярен миф о миллионах нанороботов, которые будут шнырять по нашему организму, диагностировать состояние различных клеток и тканей, ремонтировать поломки с помощью наноскальпеля, рассекать и демонтировать раковые клетки, наращивать костную ткань сборкой из атомов, соскребать холестериновые бляшки с помощью нанолопатки, а в мозгу избирательно разрывать синапсы, ответственные за неприятные воспоминания. И еще докладывать о проделанной работе, передавая через наноантенну сообщения вроде: «Алекс – Юстасу. Выявлено повреждение митрального клапана.

33

ЭКСПЕРТИЗА

МИФ О ФИЗИЧЕСКОМ МЕТОДЕ СИНТЕЗА ВЕЩЕСТВ В своей лекции Ричард Фейнман невольно выдал тайную вековечную мечту физиков: «И наконец, размышляя в этом направлении (возможности манипулирования атомами. — Г.Э.), мы доходим до проблем химического синтеза. Химики будут приходить к нам, физикам, с конкретными заказами: «Слушай, друг, не сделаешь ли ты молекулу с таким-то и таким-то распределением атомов?» Сами химики используют для приготовления молекул сложные и даже таинственные операции и приемы. Обычно для синтеза намеченной молекулы им приходится довольно долго смешивать, взбалтывать и обрабатывать различные вещества. Как только физики создают устройство, способное оперировать отдельными атомами, вся эта деятельность станет ненужной… Химики будут заказывать синтез, а физики – просто «укладывать» атомы в нужном порядке». Химики не синтезируют молекулу, химики получают вещество. Веще34

ство, его получение и превращения — предмет химии, по сей день загадочный для физиков. Молекула – это группа атомов, не просто уложенных в нужном порядке, но еще и соединенных химическими связями. Прозрачная жидкость, в которой на два атома водорода приходится один атом кислорода, может быть водой, а может быть и смесью жидких водорода и кислорода (внимание: не смешивать в домашних условиях!).

Millsian

Поломка устранена». Именно последнее вызывает серьезную озабоченность общественности, ведь это разглашение частной информации — сообщение наноробота может быть получено и расшифровано не только врачом, но и посторонним. Эта обеспокоенность подтверждает, что во все остальное люди верят безоговорочно. Как и в нанороботов-шпионов, в «умную пыль», которая будет проникать в наши квартиры, наблюдать за нами, подслушивать наши разговоры и опять же передавать полученные видео- и аудиоматериалы посредством нанопередатчика с наноантенной. Или в нанороботов-убийц, поражающих людей и технику с помощью нанозарядов — возможно, даже ядерных. Самое удивительное, что почти все описанное может быть создано (а что-то уже создано). И инвазивные диагностические системы, сообщающие о состоянии организма, и лекарственные средства, действующие на определенные клетки, и системы, очищающие наши сосуды от атеросклеротических бляшек, и наращивание костной ткани, и стирание воспоминаний, и невидимые системы дистанционного слежения, и «умная пыль». Однако все эти системы настоящего и будущего не имеют и не будут иметь никакого отношения к механическим нанороботам в духе Дрекслера, за исключением размера. Они будут созданы совместными усилиями физиков, химиков и биологов, ученых, работающих на ниве синтетической науки, называемой нанотехнологиями.

Предположим, что нам каким-то образом удалось сложить кучку из восьми атомов — двух атомов углерода и шести атомов водорода, изображенную на рисунке. Физику эта кучка представится, наверное, молекулой этана С2Н6, но химик укажет еще как минимум две возможности соединения атомов. Пусть мы хотим получить этан методом сборки из атомов. Как это можно сделать? С чего начинать: сдвинуть два атома углерода или приставить атом водорода к атому углерода? Вопрос на засыпку, в том числе и для автора. Проблема в том, что ученые пока научились манипулировать атомами, во-первых, тяжелыми, а во-вторых, не очень реакционноспособными. Довольно сложные конструкции собраны из атомов ксенона, золота, железа. Как оперировать легкими и чрезвычайно активными атомами водорода, углерода, азота и кислорода, не совсем понятно. Так что с поатомной сборкой белков и нуклеиновых кислот, о которой некоторые авторы говорят как о деле практически решенном, придется повременить. Есть еще одно обстоятельство, существенно ограничивающее перспективы «физического» метода синтеза. Как уже было сказано, химики не синтезируют молекулу, а получают вещество. Вещество состоит из огромного числа молекул. В 1 мл воды содержится ~3 х 1022 молекул воды. Возьмем более привычный для нанотехнологий объект — золото. В кубике золота объемом 1 см3 содер-

жится ~6 х 1022 атомов золота. Сколько времени потребуется, чтобы собрать такой кубик из атомов? Работа на атомно-силовом или туннельном микроскопе по сей день сродни искусству, недаром для нее требуется специальное и очень хорошее образование. Работа ручная: зацепи атом, перетащи на нужное место, оцени промежуточный результат. По скорости приблизительно как кирпичная кладка. Чтобы не пугать читателя немыслимыми числами, предположим, что мы нашли способ как-то механизировать и интенсифицировать процесс и можем укладывать по миллиону атомов в секунду. В этом случае на сборку кубика объемом 1 см3 мы затратим два миллиарда лет, примерно столько же, сколько потребовалось природе, чтобы методом проб и ошибок создать весь живой мир и нас самих как венец эволюции. Именно поэтому Фейнман говорил о миллионах «заводиков», не оценивая, впрочем, их возможную производительность. Именно поэтому даже миллион нанороботов, снующих внутри нас, не решат проблемы, потому что нам не хватит жизни, чтобы дождаться результата их трудов. Именно поэтому Ричард Смолли настоятельно призывал Эрика Дрекслера исключить из публичных выступлений всякое упоминание о «машинах созидания», дабы не вводить общественность в заблуждение этой антинаучной чушью. Так что же, на этом методе получения веществ, материалов и устройств можно ставить крест? Нет, отнюдь. Во-первых, с помощью той же самой техники можно манипулировать не атомами, а существенно более крупными строительными блоками, например углеродными нанотрубками. При этом снимаются проблемы легких и реакционноспособных атомов, а производительность автоматически возрастет на два-три порядка. Это, конечно, еще слишком мало для настоящей технологии, но таким методом уже сейчас ученые получают в лабораториях единичные экземпляры простейших наноустройств. Во-вторых, можно придумать множество ситуаций, когда внесение атома, наночастицы или даже просто физическое воздействие иглы туннельного микроскопа инициирует процесс самоорганизации, физических или химических превращений в среде. Например — цепной реакции полимеризации в тонкой пленке органического вещества, изменения кристаллической структуры неорганического вещества или конформации биополимера в определенной окрестности точки воздействия. ВысоВ М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ЭКСПЕРТИЗА коточное сканирование поверхности и многократное воздействие позволят создать протяженные объекты, характеризующиеся регулярной наноструктурой. И наконец, этим способом могут быть получены уникальные образцы — шаблоны для дальнейшего размножения другими методами. Скажем, шестиугольник из атомов металла или единичная молекула. Но как размножить единичную молекулу? Невозможно, скажете вы, это какая-то ненаучная фантастика. Почему же? Природа прекрасно умеет создавать множественные, абсолютно идентичные копии как отдельных молекул, так и целых организмов. В обиходе это называется клонированием. О полимеразной цепной реакции слышали даже люди, далекие от науки, но хотя бы раз посетившие современную медицинскую диагностическую лабораторию. Эта реакция позволяет размножить единственный фрагмент молекулы ДНК, извлеченный из биологического материала или синтезированный искусственно химическим путем. Для этого ученые используют «молекулярные машины», созданные природой, – белки и ферменты. Почему мы не можем сделать аналогичные машины для клонирования других молекул, не только олигонуклеотидов? Рискну немного перефразировать Ричарда Фейнмана: «Известные нам принципы химии не запрещают клонировать единичные молекулы. «Размножение» молекул по образцу вполне реально и не нарушает никаких законов природы».

МИФ О «СЕРОЙ СЛИЗИ» Элементарное соображение о чрезвычайно низкой (по массе) производительности нанороботов, естественно, не прошло мимо внимания Эрика Дрекслера. В мире «машин созидания» были и другие проблемы, которые мы за недостатком места не обсуждали подробно, например контроль качества, освоение выпуска новой продукции и источники сырья, откуда и как появляются атомы на «складе». Для решения этих проблем Дрекслер ввел в концепцию еще два типа устройств. Первый — разборщики, антиподы сборщиков. Разборщик, в частности, должен изучать строение нового объекта, записывая в память нанокомпьютера его поатомную структуру. Не устройство, а мечта, мечта химиков! Несмотря на все достижения современной исследовательской техники, мы не «видим» все атомы, например в белке. Установить точную структуру молекулы возможно только в том случае, если она вместе с миллиоW W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

нами других таких же молекул образует кристалл. Тогда, используя метод рентгеноструктурного анализа, мы можем определить точное, до тысячных долей нанометра, расположение всех атомов в пространстве. Это длительная, трудоемкая процедура, требующая громоздкого и дорогого оборудования. Второй тип устройств — созидатели, или репликаторы. Их основные задачи – поточное производство сборщиков и сборка себе подобных репликаторов, то есть размножение. По замыслу их создателя, репликаторы – намного более сложные устройства, чем простые сборщики, они должны состоять из сотни миллионов атомов (на два порядка меньше, чем в молекуле ДНК) и соответственно иметь размер порядка 1000 нм. Если продолжительность их репликации будет измеряться минутами, то, размножаясь в геометрической прогрессии, они за сутки создадут триллионы репликаторов, те произведут квадрильоны специализированных сборщиков, которые приступят к сборке макрообъектов, домов или ракет. Легко представить ситуацию, когда функционирование системы перейдет в режим производства ради производства, безудержного накопления средств производства – самих нанороботов, когда вся их деятельность сведется к увеличению собственной популяции. Такой вот бунт машин эпохи нанотехнологий. Для собственного строительства нанороботы могут получить атомы только из окружающей среды, поэтому разборщики начнут разбирать на атомы все, что попадется под их цепкие манипуляторы. В результате по прошествии какого-то времени вся материя и, что самое обидное для нас, биомасса превратятся в скопище нанороботов, в «серую слизь», как образно назвал ее Эрик Дрекслер. Каждая новая технология порождает сценарии неотвратимого конца света, обусловленные ее внедрением и распространением. Миф о серой слизи — лишь исторически первый такой сценарий, связанный с нанотехнологиями. Но очень образный, поэтому его так любят журналисты и кинематографисты. К счастью, такой сценарий невозможен. Если, несмотря на все сказанное выше, вы еще верите в возможность сборки чего-либо существенного из атомов, задумайтесь над двумя обстоятельствами. Во-первых, у описанных Дрекслером репликаторов не хватает сложности для создания себе подобных устройств. Ста миллионов атомов мало даже для создания управляющего процессом сборки компьютера, даже для памяти. Если предположить недости-

жимое – что каждый атом несет один бит информации, то объем этой памяти будет 12.5 мегабайт, а этого слишком мало. Во-вторых, у репликаторов возникнут проблемы с сырьем. Элементный состав электромеханических устройств принципиально отличается от состава объектов окружающей среды — и в первую очередь от биомассы. Поиск, извлечение и доставка атомов необходимых элементов, требующие огромных затрат времени и энергии, — вот что будет определять скорость воспроизводства. Если спроецировать ситуацию на макроразмер, то это то же самое, что собирать станок из материалов, которые необходимо найти, добыть, а потом доставить с различных планет Солнечной системы. Недостаток жизненных ресурсов ставит предел безудержному распространению любых популяций, куда более приспособленных и совершенных, чем мифические нанороботы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Перечень мифов можно продолжить. Миф о нанотехнологиях как локомотиве экономики достоин отдельной статьи. Ранее в статье «Нанотехнологии как национальная идея» (см. «Химию и жизнь», 2008, № 3) мы старались развеять миф о том, что «Национальная нанотехнологическая инициатива» США — это сугубо технологический проект. Мифом является и каноническая история нанотехнологий, ключевым событием которой считается изобретение туннельного электронного микроскопа. Последнее легко объяснимо. «Историю пишут победители», а глобальный проект под названием «Нанотехнологии», в значительной мере определяющий лицо (и финансирование) современной науки, пробили физики. За что все мы, исследователи, работающие в этой и смежной областях, выражаем физикам свою бесконечную признательность. Мифы сыграли свою положительную роль, они породили энтузиазм и привлекли внимание политической и экономической элиты, а также общественности к нанотехнологиям. Однако на этапе практической реализации нанотехнологий пора забыть об этих мифах и перестать повторять их из статьи в статью, из книги в книгу. Ведь мифы тормозят развитие, задают неверные ориентиры и цели, порождают непонимание и страхи. И наконец, необходимо написать новую историю нанотехнологий – новой науки XXI века, области естествознания, объединяющей физику, химию и биологию. Д. х. н. Эрлих Генрих Владимирович, Химия и жизнь, № 5, 2010 г.

35

АНАЛИТИКА

Перспективы развития рынка нанотехнологий в России

Как вы оцениваете перспективы развития рынка нанотехнологий в ближайшие годы?

— Проблемы развития рынка нанотехнологий непосредственно связаны с тем, насколько реальны разговоры о модернизации в стране. Только жесткие требования по модернизации в части энергоэффективности, ресурсосбережения, экологической безопасности, импортозамещения, наконец, национальной безопасности заставят заработать внутренний рынок России. Тогда можно будет говорить и о рынке нанотехнологий, а сегодня, к сожалению, подавляющее большинство потенциальных потребителей нанопродукции либо ничего не знает о возможностях нанотехнологий, либо не рассматривает их в качестве необходимого компонента в сложившемся от века производстве. Какие направления применения нанотехнологий, по вашему мнению, являются наиболее инвестиционно емкими и с чем это связано?

— Мне представляется, что сегодня наиболее инвестиционно емким является направление, связанное с получением наноразмерных компонентов в электронике. Однако это направление требует больших инвестиций из-за высокой стоимости специализированного технологического оборудования. Хочу подчеркнуть, что речь идет о микроэлектронике, достигшей уровня наномасштаба. Наноэлектроника, как таковая, пока только зарождается. Ей должны быть присущи другие принципы формирования структур и обработки информации. Возможно, только тогда можно будет уйти от безумия необходимых инвестиционных вложений. Считаете ли вы реально достижимым объем российского производства нанопродукции в 900 млрд рублей к 2015 году?

— Говорить об объеме нанопродукции в 2015 г. крайне трудно, в первую очередь потому, что сейчас все стараются подгрести под слово «нано».

36

ЗАО «Концерн «Наноиндустрия»

В настоящее время нанотехнологии являются одним из наиболее перспективных и востребованных направлений науки, технологий и промышленности в индустриально развитых странах. По различным экспертным оценкам, мировой объем рынка продукции наноиндустрии варьируется от 700 до 1100 млрд. долл. О том, каковы перспективы развития рынка нанотехнологий в России, аналитики агентства Cleandex побеседовали с Президентом Национальной ассоциации наноиндустрии Михаилом Арсеновичем Ананяном.

Михаил Ананян: «Только жесткие требования по модернизации в части энергоэффективности, ресурсосбережения, экологической безопасности, импортозамещения, наконец, национальной безопасности заставят заработать внутренний рынок России»

Планы, провозглашенные чиновниками, постепенно меняются – от 4 трлн. рублей до 900 млрд. рублей. Последняя версия, которую огласил один из ведущих специалистов ГК «Роснанотех», – 300 млрд. рублей. При этом он, правда, оговорился, что еще на 600 млрд. рублей будет создан научно-технический задел. Что это такое – не знаю. Насколько востребована будет отечественная нанопродукция на внутреннем рынке? Либо преимущественно производство будет ориентироваться на экспорт?

— Как ни обидно, но российскими разработчиками в сфере нанотехнологий сегодня больше интересуются зарубежные фирмы, поскольку видят для себя прямой коммерческий интерес. Вместе с тем, вопрос о российской нише на мировом рынке нанотехнологий становится все более актуален. Уже неоднократно говорилось, что еще 5–6 лет, и мы никому не будем нужны. Сегодня доля России в нанотехнологическом секторе рынка составляет 0.04 %. А времени остается все меньше и меньше.

Решение о создании Некоммерческой организации «Национальная ассоциация наноиндустрии» было принято на собрании учредителей в ходе III Научно-практической конференции «Нанотехнологии – производству 2006», прошедшей в Наукограде «Фрязино» в конце 2006 г. В состав учредителей Ассоциации вошла 21 организация из 12 городов России. Важными задачами Ассоциации являются защита интересов специалистов, работающих в области развития и внедрения нанотехнологий, укрепление деловых контактов между разработчиками и потребителями нанопродукции, выстраивание технологических цепочек, обеспечивающих получение реальных техникоэкономических результатов в отраслях промышленности, в военной и социальной сферах. Принципиальным моментом в деятельности Ассоциации является отказ от практики бессистемного «собирательства» предложений и проектов, которые представляются на различного рода конкурсы для последующего финансирования. Более значимым полагается создание инноваций, появление которых на рынке будет заведомо оплачено потенциальными потребителями. В связи с этим одной из задач Ассоциации является изучение постоянно меняющегося рыночного спроса и выбор тех точек приложения нанотехнологий, где они будут экономически эффективны.

Считаете ли вы возможным вхождение России в число мировых стран-лидеров на рынке нанотехнологий?

— Россия – исключительно талантливая страна, и у нас, безусловно, были шансы войти в число лидеров. Однако шансы в значительной степени упущены, во-первых, из-за того, что мы сильно задержались на старте нанотехнологий, потеряв 7–10 лет, во-вторых, потому что мы до сих пор, как мне представляется, не имеем цельной государственной программы развития этого направления, подобной Национальной нанотехнологической инициативе США. В статье использованы материалы информационно-аналитического агентства Cleandex Нанотехнологическое сообщество «Нанометр» (www.nanometer.ru) В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ПРОБЛЕМА

Физические и химические процессы в ракетных двигателях на наноуровне чем причина неудачных запусков космических ракет? Что происходит в камерах сгорания жидкостных ракетных двигателей на наноуровне? Отдел нанотехнологий «Центра Келдыша» ищет ответы на эти вопросы. Современные жидкостные ракетные двигатели, принципы работы которых были предложены Циолковским более века назад, требуют дальнейшего совершенствования. Время их работы во многом ограничивает агрессивное воздействие продуктов сгорания ракетного топлива на материал камеры сгорания. Теплозащитное покрытие и стенки камеры сгорания двигателя при этом могут разрушаться. Какие физические и химические процессы протекают в камере сгорания и что происходит с материалом на атомарном и нано- уровнях? На эти вопросы пытались ответить сотрудники ФГУП «Центр Келдыша», в котором два года назад был основан отдел нанотехнологий. «Мы рассматривали процессы взаимодействия продуктов сгорания (керосина и кислорода) с теплозащитным хромоникелевым гальваническим покрытием и медной стенкой камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя в интервале температур от 600 до 1800 градусов Цельсия при давлениях от 80 до 160 атмосфер», – рассказывает сотрудник отдела нанотехнологий ФГУП «Центр Келдыша» Леонид Агуреев. В камере сгорания ракетного двигателя происходит несколько физических и химических процессов. Сначала продукты сгорания проникают к стенкам камеры сгорания, происходит процесс физической адсорбции (при котором твердое вещество поглощает газ). Затем на поверхности стенок начинаются химические взаимодействия, хемосорбция (поглощение с образованием химических соединений), сублимация (переход твердого вещества в газообразное) и испарение. Продукты сгорания проникают внутрь теплозащитного покрытия и стенок

В

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

камеры сгорания, вступая в химические взаимодействия. Так, реакции с водородом в камере сгорания приводят к хрупкости металлов в результате проникновения его в покрытие и образования гидридов. Действительно, водород вступает в химическое взаимодействие с различными элементами и фазами в металлах и сплавах и проникает в микрополости, поры и микротрещины на поверхности камеры сгорания. Водород растворяется в кристаллической решетке металла в атомарном состоянии. Происходит хемосорбция, и хром, никель и медь образуют с водородом совершенные растворы. С ростом температуры количество адсорбированного водорода увеличивается. Другая причина разрушения стенок камеры сгорания двигателя – взаимодействие с углеродом, который образуется из оксида углерода на металлическом покрытии. Образующийся сажистый углерод может самоорганизовываться в нановолокна. На хромовом покрытии концентрация углерода может оплавляться, после чего возникает трещина. В некоторых случаях на внутренней стенке камеры сгорания образуются углеродные волокна – на катализаторах (никель, медь), дефектах поверхности, трещинах, включениях, очагах газовой коррозии и отдельных частицах. Углеродные наноструктуры могут отрываться под действием газового потока, унося частицы металлического покрытия. Теплозащитное покрытие может также разрушать кислород, окисляющий медь и хром с появлением эрозии. То есть, при высоких температурах элементы газового потока – углерод и кислород – взаимодействуют с теплозащитным покрытием и стенками камеры сгорания, что также приводит к охрупчиванию хромового слоя за счет образования оксидов и карбидов, а также углеродных нановолокон. Кроме того отрицательную роль играют перепады температуры. Они

NASA

Современные жидкостные ракетные двигатели, принципы работы которых были предложены Циолковским более века назад, требуют дальнейшего совершенствования, утверждают ученые.

способствуют развитию термических напряжений в покрытии, которые возникают из-за деформации поверхности стенки при нагреве или увеличении давления. Образование трещин и эрозия покрытия могут возникать при частичном испарении металлов (сублимации). Никель, например, заметно испаряется при тысяче градусов Цельсия. Такие исследования помогут выявить причины неудачных запусков космических аппаратов, а разработка новых наноматериалов с нужными свойствами позволит избежать многих недостатков в современных жидкостных ракетных двигателях и устранить недостатки в двигателях для будущих космических миссий, считают исследователи.

37

ТЕХНОЛОГИЯ

Pret-a-Porter в масштабе нано

Дендримеры относятся к классу полимерных соединений, молекулы которых имеют большое число разветвлений. При их получении c каждым элементарным актом роста молекулы количество разветвлений увеличивается. В результате с увеличением молекулярной массы таких соединений изменяются форма и жесткость молекул, что, как правило, сопровождается изменением физико-химических свойств дендримеров, таких как характеристическая вязкость, растворимость, плотность и другое.

Перспектива применения разработок в области нано по-настоящему откроется лишь после того, как будут заложены фундаментальные основы в данной сфере, считает доктор химических наук, член-корреспондент РАН Азиз Музафаров. В его лаборатории синтеза элементоорганических полимеров Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН не только создают нанокомпозиты, но и пытаются понять, как частица и матрица взаимодействуют друг с другом. омпозиционные материалы – изобретение древнее. Так, инки при изготовлении керамики использовали растительные волокна, евреи во времена египетского рабства добавляли для крепости в кирпичи солому. А вот современные композиты, кажется, уже и не мыслятся без наполнителей, содержащих префикс нано. Но пока в этой области вопросов больше, чем ответов. Почему при переходе на нанометровый размер эффект от введения наполнителя принципиально отличается от того, который достигался на микроуровне? Как бороться с тем, что резко возрастает уровень поверхностной энергии наночастиц, и их агрегирование становится термодинамически выгодным процессом? И можно ли все-таки добиться сохранения изначальных размеров нанонаполнителя в полимерной матрице? Ответить утвердительно на последний вопрос ученым из Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН позволил проект «Синтез и управление молекулярными параметрами сверхразветвленных кремнийсодержащих полимеров и полимерные нанокомпозиты на их основе». Проект «Синтез и управление молекулярными параметрами сверхразветвленных кремнийсодержащих полимеров и полимерные нанокомпозиты на их основе» был выполнен в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007–2012 годы». В рамках проекта ученые придумали, как не дать наполнителю в полимерной матрице «собраться в кучу» и тем самым испортить эксплуатационные характеристики материала.

38

Химический факультет МГУ

К

Азиз Музафаров: «По мере эволюции фундаментальных знаний о предмете развиваются практические применения: первые вещи появляются довольно быстро, но только когда вы дойдете до понимания того, что это за материал, что влияет на его свойства, вы сможете вывести его в мир во всем блеске»

ГЛАВНОЕ, ЧТОБЫ КОСТЮМЧИК СИДЕЛ «Задел для реализации этого проекта начал создаваться лет двадцать назад, когда в институте стали развиваться направления, связанные с изучением молекулярных наночастиц силоксановых и карбосилановых дендримеров, – рассказывает заведующий лабораторией синтеза элементоорганических полимеров Азиз Музафаров. – Натренировавшись на дендримерах и сверхразветвленных полимерах, мы спортивного интереса ради перешли к кремнеземным системам, перенося методы полимерной и элементоорганической химии на неорганические объекты. А когда неорганические сверхразветвленные полимеры были получены, стало очевидно, что они представляют интерес с точки зрения использования в качестве наполнителя с настраиваемыми свойствами». «Что толку брать наночастицу, если в образце она будет образовывать агрегаты, которые только «испортят» свойства полимера матрицы? Для сохранения изначальных размеров нанонаполнителя нужно было преодолеть агрегирование», – рассказывает г-н Музафаров.

Для «преодоления» молекулярную наночастицу одели в своеобразный маскхалат. Демонстрация того, что введение наночастицы в полимерную матрицу в неагрегированном состоянии возможно, – главная идея проекта «Фактически эта одежда маскирует наночастицу под полимерную матрицу, которая признает ее за свою и практически не отторгает, – объясняет Азиз Музафаров. – Главная идея проекта как раз и заключалась в демонстрации того, что введение наночастицы в полимерную матрицу в неагрегированном состоянии возможно. Данное направление имеет весомую фундаментальную составляющую – с помощью этого подхода мы пытаемся понять, как частица и матрица взаимодействуют друг с другом».

КОГДА ПРОЦЕСС ВАЖНЕЕ РЕЗУЛЬТАТА Пока эксперименты ученых показывают: стоит лишь немного увеличить размер вводимых в матрицу частиц, они моментально начинают агрегировать, хотя одеты в тот же самый «костюм». Азиз Музафаров убежден, что понять, почему это происходит, гораздо важнее, чем получить быстрый практический результат: «Во время исследовательского процесса учатся молодые ребята. Им приходится не только осваивать современные методы работы, но и шевелить мозгами: когда частицы из одной фракции ведут себя так, а взятые из соседней – иначе, вопрос «а почему?» возникает неизбежно». «Полученные результаты определили направления дальнейшего развития лаборатории на многие годы вперед, — считает Азиз Музафаров. — Думаю, они найдут достойное применение в прикладных проектах, которые развиваются и будут развиваться в нашем институте в ближайшее время». Светлана Синявская В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ИНТЕРВЬЮ Еще пример – мировой лидер по производству промышленных лазеров – IPG Photonics под руководством Валентина Гапонцева, выходца из ИРЭ РАН. В 90-е он создал успешный бизнес: штабквартира в США, завод в Германии. Эта компания занимает больше половины мирового рынка мощных промышленных лазеров. Такого рода инструменты в России очень востребованы. Сам Гапонцев выказывает желание переместиться на Родину, ну и ГК «Роснанотех» поддерживает подобные проекты. У нас на рассмотрении еще несколько проектов из Израиля, они находятся на разных стадиях экспертизы. Одним словом, работа по международному сотрудничеству ведется интенсивно.

Наноиндустрии в России – быть Насколько интенсивно ГК «Роснанотех» проводит линию международного сотрудничества?

– Миссия нашей корпорации – развивать наноиндустрию в России. Но у нас нет ограничения развивать только российские технологии. Наука глобальна, и ни одна страна в мире не может сама развивать все аспекты науки и технологий. Посмотрите на США, там уже давно не производятся ни телевизоры, ни видеомагнитофоны, но они себя не чувствуют в этом плане ущемленными. И Россия тоже не может развивать у себя абсолютно все разделы технологии, в том числе и все разделы науки, которая является базисом для развития технологий. Не секрет, что в определенных технологических сегментах наши зарубежные коллеги продвинулись существеннее нас. Поэтому мы смотрим на мир, и если видим перспективные технологии, если партнеры согласны с нами работать, мы идем на совместные проекты. У нас единственное условие, чтобы производство (или хотя бы его часть) было локализовано в России, чтобы мы развивали именно отечественную наноиндустрию. Потому что развитие индустрии – это тот базис, который генерирует востребованность в кадрах – на таких производствах должны работать квалифицированные сотрудники, и востребованность науки – технология, как правило, не бывает замершей, она постоянно развивается, и требуется постоянно наращивать ее конкурентные преимущества, улучшая и саму технологию и продукты, созданные благодаря ей. Мы открыты, у нас есть значительное количество «иностранных» заявок – седьмая часть от 42 проектов, в которые в настоящее время инвестирует ГК «Роснанотех». Например, проект производства светодиодов. Основная разработка была сделана молодыми российскими учеными, они закончили Физтех им. Иоффе и дальше подались на Запад – получали венчурное финансирование от ФинW W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Игнат Соловей

Директор департамента научно-технической экспертизы ГК «Роснанотех» Сергей Калюжный в конце 2009 года в беседе с корреспондентом STRF.ru подвел итоги работы госкорпорации и заглянул в будущее наноиндустрии в нашей стране.

Сергей Калюжный: «Цепочка «фундаментальное исследование – НИР – НИОКР – коммерческая разработка» должна работать

ляндии, Германии. Пилотный завод компании Optogan находится в Германии. Сейчас мы финансируем проект, по которому на основе этих разработок и пилотного завода будет расширено, модернизировано и перенесено в Россию, в Петербург, производство чипов для диодов – самая сложная вещь. Второй пример такого плана – мы в Чебоксарах совместно с «Реновой» строим завод по производству тонкопленочных солнечных батарей. В основе лежит разработка швейцарской фирмы Oerlikon. В рамках проекта строится современный завод, в первую очередь ориентированный на экспорт, потому что внутренний рынок солнечных батарей в России не развит. Фактически, мы внедряем зарубежную разработку в России. Если говорить о США, у нас рассматривается проект компании NeoPhotonics, одного из «новых» лидеров в разработке оптических систем передачи информации. В России такого рода технологий нет, и наша страна сразу будет переходить на современные системы передачи информации.

ГК «Роснанотех» работает уже два года. Вы накопили достаточно информации о возможностях страны. Когда корпорация сможет сама формировать политику в области науки?

– Нанотехнологии применяются во многих областях нашей жизни, и требуется значительный экспертный потенциал, для того чтобы сформировать научнотехническую политику в этой сфере. ГК «Роснанотех» начинала с нуля, такого инструмента не было раньше. Первый этап – самоорганизация и создание структуры. На втором этапе нужно было посмотреть, а что есть в стране. Мнения по этому поводу среди специалистов очень полярны – от «мы еще ой-ой-ой», до таких, что у нас произошла значительная деградация науки и падать дальше некуда. ГК «Роснанотех» ввела политику открытого окна, когда каждый может обратиться со своим проектом. Сейчас у нас порядка 1360 заявок. Этот этап, кажется, уже подходит к стадии завершения. Мы получили большой объем информации, и сейчас можем говорить о наших приоритетах. Они еще не закреплены документально – процессы обсуждения еще не завершены, но, оценивая в целом поток проектов, я могу сделать следующие обобщения: энергоэффективность (например, светодиоды); медицина (адресные системы доставки лекарств или диагностика раковых заболеваний); материаловедение (если наши материалы не станут легче и прочнее, то, скажем, лет через пять нам придется забыть об авиастроении). В рамках этих направлений возникают кластерные проекты: мы понимаем, что для производства светодиодов требуется подложка, поэтому ГК «Роснанотех» финансировала завод по производству поликремния. Завод 39

ЭКСПЕРТИЗА

«Развитие индустрии — это тот базис, который генерирует востребованность в кадрах», считает Сергей Калюжный

запустят в следующем году. Из того же кремния вырастает развитие солнечных батарей. Мы поддерживаем разные технологии, каждая из которых имеет свою рыночную нишу. Уже формируются кластеры, в рамках которых реализуются несколько проектов, возникают последовательные технологические переделы. То же самое касается и материалов. Иногда мы видим, что в производственной цепочке у нас нет какого-то звена, – тогда мы посредством конкурсного отбора инициируем проекты, которые закроют этот пробел и дадут синергию для предыдущей и последующей стадий технологического передела (по-научному это называется технологический маркетинг). Планируется, что в 2010 году мы закончим обсуждение этой нелегкой темы, и научно-технологическая стратегия компании будет представлена публично. М н о г и е о п п он ен т ы у п р е к а ю т Г К «Роснанотех» в том, что корпорация не финансирует НИОКР. Фактически является потребителем уже готовых проектов.

– ГК «Роснанотех» – это инструмент для коммерциализации разработок, корпорация изначально создавалась именно с этой целью. В нашем государстве существуют специализированные организации – Министерство образования и науки, отвечающее за разви40

тие науки, Российская академия наук, отвечающая за фундаментальные науки, есть Российский фонд фундаментальных исследований. На науку выделяются большие деньги и из бюджета государства, и несколько меньшие — бизнес-структурами. Для сведения: на исследования в стране в 2008 году было потрачено 160 миллиардов рублей только из госбюджета. А уставный капитал ГК «Роснанотех» – 130 миллиардов рублей. Другое дело, что в стране отсутствует должная система координации, с тем чтобы цепочка «фундаментальное исследование – НИР – НИОКР – коммерческая разработка» работала. Мы находимся ближе к концу этой цепочки – берем более-менее готовые разработки, у которых имеется хотя бы опытный образец. Естественно, по мере того как корпорация завоевывает авторитет, мы хотим выстроить указанную цепочку в правильном русле, чтобы поток российских нанотехнологических проектов к нам не иссяк. В частности, мы бы хотели, чтобы отдача федеральных целевых программ была более ощутимой. Пока часто бывает, что деньги вкладываются, что-то разрабатывается, пишутся отчеты, но дальше дело не идет. Нельзя сказать, что ГК «Роснанотех» не финансирует НИОКР, в большинстве наших проектов заложены на это деньги. При этом НИОКР очень

сфокусированный, направленный на модернизацию или повышение конкурентных свойств тех продуктов, которые уже производятся в рамках наших проектов. Точно так же мы принимаем проекты, где есть опытный образец, а ОКР не закончен. Мы ставим контрольные точки завершения ОКР, и в зависимости от успешности их прохождения продолжаем финансирование. Есть ли у России шанс стать в ряд ведущих инновационных экономик мира?

– Шанс есть всегда, когда веришь. Вывод страны на инновационные рельсы зависит не только от отдельной корпорации. Не всегда мы видим в стране единение граждан и институтов ради решения общенациональных задач. Мы планируем создать в стране наноиндустрию, и это – не абстрактные слова. Эта цель обеспечена конкретными и жестко отслеживаемыми в итоге показателями. Главный из них – к 2015 году объем продаж продукции наноиндустрии в России должен составить 900 миллиардов рублей, а объем ее экспорта – 180 миллиардов рублей. Без сомнения, общество смотрит на нас как на один из локомотивов модернизации – постараемся оправдать. Ирина Тимофеева «Российские нанотехнологии», № 1-2, 2010 г В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

БЕЗОПАСНОСТЬ

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

41

ПРОБЛЕМА

Мечты о космосе разбились о реальность

NASA

В мае издательство «РТСофт» выпустило книгу «Космонавтика XXI века. Попытка прогноза развития до 2101 года» – толстый том прогнозов, составленных ведущими представителями российской космической отрасли. Идея создания сборника принадлежит академику РАН Борису Чертоку – патриарху отечественной космонавтики, одному из ближайших коллег Королева, разработчику систем управления ракетами и космическими аппаратами. Научным координатором проекта выступил летчик-космонавт и профессор МФТИ, НИЯУ МИФИ и МГУ Юрий Батурин.

реди авторов прогнозов – председатель Координационного научнотехнического совета Роскосмоса Геннадий Райкунов, генеральный конструктор наземной космической инфраструктуры Игорь Бармин, первый вице-президент Академии военных наук, генерал-полковник Варфоломей Коробушин, представители РКК «Энергия», Центра подготовки космонавтов, Института космических исследований РАН, журнала «Новости космонавтики» и т.д. Работы более сорока авторов составили многосторонний и не имеющий аналогов комплекс прогнозов на будущее мировой космонавтики. Создание прогнозов на период свыше 30 лет –

С

42

дело очень трудное. Обычно им занимаются не конструкторы, а фантасты – и к работе над книгой их тоже привлекли. Разнородный набор полученных прогнозов Юрий Батурин обработал статистически, подверг анализу взаимовлияний и наложил на прогнозируемый политический, экономический и правовой фон XXI века. Итогом работы стал взвешенный прогнозный сценарий – «профиль априорной истории космонавтики, набросанный техническими штрихами на фоне гуманитарных светотеней, с помощью интуиции и фантазии, в союзе с математическими моделями, которые делают его несколько более правдоподобным». Сценарий более детален и, вероятно, более прав-

доподобен на период до 2040 года и менее – на последующий. Так, в ближайшее десятилетие предсказывается дальнейшее усиление мощи США в околоземном пространстве. К концу десятилетия Америка добьется полного превосходства в ближней операционной зоне (орбиты 100 – 2 тысячи километров). Геостационарные орбиты и дистанционное зондирование Земли будут все более привлекать военных. Ближе к концу десятилетия китайский корабль «Шэньчжоу» посетит МКС. Тогда же будут проведены пробные орбитальные запуски наноспутников в рамках проектов лазерного старта. Мощные лазеры будут взяты на вооружение и военными. Тем временем на коммерческом рынке начнется бум суборбитального туризма, а его виртуальная разновидность приживется в развлекательных центрах. В 2020-х годах российские корабли сведут МКС с орбиты. После МКС таких огромных баз на околоземной орбите размещать уже не будут. Китай станет второй после США космической державой и запустит собственную станцию с более продуманной, чем у МКС программой научных мегапроектов. США распространят контроль на среднюю (2 тысячи – 20 тысяч километров) и дальнюю (выше 20 тысяч километров) операционную зону – хотя «внизу», на Земле, их экономическое господство начнет заканчиваться. Новая американская станция будет, скорее, ремонтной, и в том числе, космонавты будут «реанимировать» военные спутники. Кроме того, на орбите начнется полупромышленное производство некоторых уникальных материалов и системное очищение от космического мусора. В 2020-х годах ресурс геостационарных орбит будет заполнен. Поэтому на них начнут помещать не отдельные спутники, а тяжелые многоцелевые платформы, возможно, полувоенного назначения. Операторы орбитального туризма предложат миллионерам недельные туры вокруг Луны, а на ее поверхности силами роботов пройдут изыскательские работы. Автоматические станции и спутники продолжат исследовать Марс. Юрий Батурин прогнозирует, что первую американскую лунную базу начнут строить в 2031 году и сдадут в эксплуатацию в 2039 году. В середине 2030-х годов на Луну высадятся китайцы, а к концу десятилетия несколько стран начнут строить лунные национальные базы. Между тем, всерьез будут обсуждать коррекцию человеческой физиологии под В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

ПРОБЛЕМА орбитальные и лунные условия, а также возможности создания андроидов. Наконец, 2030-е годы могут стать десятилетием милитаризации космоса. Боевые скафандры, индивидуальные боевые средства передвижения, образцы космического пучкового оружия станут реальностью в эти годы. Но международное право останется в том же состоянии, что и сегодня. США продолжат сопротивляться любым попыткам заключения всеобъемлющего договора по демилитаризации космоса. Автоматы будут и дальше изучать спутники Юпитера и Сатурна. С 2040 года прогноз становится менее уверенным. Впрочем, США могут применить высокоэффективное космическое пучковое оружие в очередном локальном конфликте именно в 2040-е годы. Китай, Япония, Россия и другие страны в ответ повысят степень милитаризации собственных орбитальных и лунных группировок. Экономически многополярный мир вновь станет биполярным (США–Китай). Новая милитаризация может привести к середине века к «первой космической войне» – глобальной по размаху боевых действий, но ограниченной по числу жертв. Война разрушит лишь наземную космическую инфраструктуру и уничтожит почти все космические объекты на околоземных и окололунных орбитах. Россия пострадает менее других,

поскольку к тому времени уже выпадет из круга ведущих космических держав. США окажутся после войны в наиболее выгодном положении. И США, и Китай после этих боевых действий увеличат расходы на космос – это благоприятно скажется на его освоении. Начнется развертывание средств передачи энергии с орбитальных электростанций на Землю в глобальном масштабе. Радиоактивные отходы атомной энергетики станут отправлять в специальные места захоронения в космосе. Договор о запрете вывода в космос любых видов оружия (кроме противоастероидного), наконец, будет заключен. Впрочем, интерес к лунным базам снизится, и только обсерватория на обратной стороне Луны продолжит работу. Юрий Батурин предсказывает полет первой пилотируемой экспедиции на Марс к 2060-м годам, но сомневается, что ее ждет успех. Ученым, ведущим на Луне вахтовые работы, в 2070-х годах составят компанию туристы, поселившиеся в новых лунных отелях. Для прочих применений в ближайшие десятилетия Луна будет признана неперспективной. Запустят, наконец, космический аппарат с лазерным реактивным двигателем, но он пока не сможет составить конкуренции ракетам как средствам выведения. Последняя четверть XXI века увидит единое всемирное хозяйство Зем-

ли, успешные экспедиции на Марс и астероиды (прогноз составлялся до того, как президент Барак Обама назвал астероиды одной из ближайших целей), создание постоянной научной базы на гелиоцентрической орбите в точке либрации (около 1.5 миллиона километров от Земли). Гонки солнечных яхт станут олимпийским видом спорта. Развитие пилотируемой космонавтики пойдет по двум путям: создание «аватаров», управляемых дистанционно, и космонавтов-андроидов. Последние и станут, вероятно, обитателями колоний на некоторых лунах Солнечной системы. Но это случится уже в следующем, XXII веке. Прогноз специалистов обескураживающе консервативен. Они единодушно отвергают возможность в XXI веке серьезной колонизации Луны и тем более Марса, перспективность межзвездных запусков. Разрыв между космической мечтой и прочной инженерной реальностью очень велик. Гравитационный колодец Земли пока прочно держит человечество в колыбели. Серьезной альтернативы дорогим и сложным ракетам пока не предвидится. Таким образом, планетой космической колонизации XXI века остается Земля – с ее орбитальными электростанциями и группировками спутников, с лунными отелями и обсерваториями.

ИнформНаука агентство научной информации

Константин Ветлугин

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

БАКТЕРИОРОДОПСИН

Современные нанобиотехнологические приложения бактериородопсина ВВЕДЕНИЕ С самого момента своего открытия [1] в начале семидесятых годов прошлого века бактериородопсин продолжает оставаться объектом пристального изучения. Лаборатории по всему миру проводят многочисленные исследования, ставящие своей целью создание детальной и полной картины строения и функционирования этого белка. Бактериородопсин представляет собой небольшой (24 кДа) интегральный мембранный белок, встречающийся у галобактерий вида Halobacterium salinarum (раньше Halobacterium halobium). Археи этого вида – единственные организмы, способные существовать в экстремальных условиях солевых озер, концентрация соли в которых достигает очень высоких значений (5 М, или 25 %), создавая тем самым т.н. «автостерильные» физиологические условия. Для эффективного существования в подобных условиях галобактерии обладают уникальным в своем роде фотосинтетическим аппаратом, главную роль в котором играет бактериородопсин [2], [3]. Этот белок на свету создает трансмембранный градиент протонов, выкачивая протоны из цитоплазмы во внеклеточное пространство, переводя тем самым световую энергию в химическую. Эффективность такого механизма заметно ниже хлорофилльного фотосинтеза (35 %), но, тем не менее, достигает 15 % [1]. Образованный в результате работы бактериородопсина протонный градиент в дальнейшем используется для различных нужд бактериальной клетки, в наибольшей степени будучи переведенным в форму АТФ посредством АТФ-аз. У галобактерий бактериородопсин in vivo организован в двухмерные гексагональные комплексы, в которые, помимо собственно трех молекул бактериородопсина, повернутых на 120° друг относительно друга, входят специфические липиды; такие структуры, представляющие собой двумерные кристаллы, получили название пурпурных мембран. До 80 % поверхности бактериальных клеток могут быть покрыты ПМ. ПМ отличаются очень высокой стабильностью к различным физико-химическим воздействиям – в частности, к воздействию света, повышенных температур, растворов с высокой ионной силой. Трансмембранный домен бактериородопсина состоит из семи гидрофоб44

Рисунок 1. Псевдотрехмерное представление бактериородопсина. Апопротеин изображен в виде -спиралей, ретиналь визуализирован в виде ball-stick. Изображение получено в пакете Chimera (Pettersen, 2004)

ных -спиралей, расположенных перпендикулярно плоскости мембраны. К остатку Lys 216, расположенному в средней части спирали G, ковалентно, через Шиффово основание присоединен ретиналь. В основном, темновом, состоянии ретиналь Шиффова основания находится в состоянии термодинамического равновесия между alltrans-формой и 13-cis, 15-syn [4]). При поглощении кванта света определенной энергии ретиналь претерпевает процесс фотоизомеризации и переходит, в конечном счете, в состояние 13-cis, 15-anti. Фотоизомеризация запускает процесс переноса протона с цитоплазматической стороны мембраны во внешнюю среду, реализующийся в серии последовательных реакций протонного переноса – т.н. фотоцикл бактериородопсина. В определенной степени процесс фотоизомеризации ретиналя в бактериородопсине можно рассматривать [5] как энзиматический процесс, в котором осуществляется светозависимая каталитическая реакция преобразования ретиналя из одной формы в другую под действием апопротеина.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ БАКТЕРИОРОДОПСИНА Предположения использовать бактериородопсин для различных технических нужд начали возникать практически сразу после его открытия. Этому, в частности, способствовали детальные исследования

белка учеными самого разного профиля, предоставившие нам комплексную и разноплановую картину функционирования этого белка. Технические приложения бактериородопсина собираются в ряд масштабных направлений [5]:  протонный транспорт - генерация АТФ в реакторах; - опреснение морской воды; - генерация электрической энергии из света;  фотоэлектрические применения - ультрабыстрая световая детекция; - искусственная сетчатка; - детекция подвижности;  фотохромные применения  хранение информации - 2D-носители; - 3D-носители; - голографические носители;  обработка информации - световые переключатели; - оптическая фильтрация; - нейросети; - распознавание паттернов; - интерферометрия;  различные применения - детекция радиации; - биосенсорные приложения.

ОПТИЧЕСКИЕ НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ НА БАЗЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА Остановимся на перспективах разработки на базе бактериородопсина оптических носителей информации нового поколения. Для создания такого рода устройств хранения данных необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, стадии (интермедиаты) фотоцикла (нативного или каким-либо образом модифицированного) бактериородопсина, используемые в качестве логических «0» и «1», должны быть максимально различимы спектроскопически, т.е. максимумы их спектров поглощения должны быть максимально раздвинуты. Во-вторых, интермедиаты должны быть термо- и фотостабильными: не должны распадаться и переходить друг в друга под действием света или высоких температур. В-третьих, процессы взаимопревращения интермедиатов должны обладать высоким квантовым выходом. Ни одна из опубликованных на данный момент схем не удовлетворяет полностью всем трем условиям. В частВ М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

БАКТЕРИОРОДОПСИН

Рисунок 2. Конформации ретиналя, соответствующие основным интермедиатам фотоцикла

ности, самая разработанная на данный момент схема предполагает использование в качестве механизма записи/удаления информации переход между интермедиатами Q и bR мутанта D85N [6], [7]. В нативном белке интермедиаты P и Q не образуются, однако при условии протонирования Asp 85 интермедиат O может при дополнительном освещении переходить в короткоживущий интермедиат P (максимум спектра поглощения соответствует 490 нм), характеризующийся 9-cis конформацией ретиналя, который распадается с образованием стабильного интермедиата Q (максимум спектра поглощения – 380 нм). Последний может существовать, не изменяясь, на протяжении многих лет, пока не будет освещен светом той длины волны, который переводит его в основное состояние. Минус данной схемы заключается в низкой эффективности фотоконверсии как интермедиата O в интермедиат P (0.02 %), так и обратно, P в bR (1 %). Также существенным недостатком подобного подхода является необходимость дополнительного освещения бактериородопсина в основном состоянии для перевода его в стадию O фотоцикла, из которой только возможен дальнейший переход в интермедиат P. С другой стороны, предлагается несколько возможных вариантов технической реализации подобных оптических носителей данных (2D-, 3D-носители информации). Основным недостатком существующих портативных носителей информации (CD-ROM, DVD, Blue-Ray диски) является конечный предел для увеличения плотности информации на таком носителе (порядка 0.6 мкм для CD-ROM и 0.3 мкм для Blue-Ray). Этот предел связан не с отсутствием технологий, позволяющих наносить более мелкий рисунок т.н.

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

питов (углублений, отвечающих логическому «1», в отличие от участков ровной поверхности диска, соответствующих «0») на несущий информацию слой такого диска (сформированный напыленным металлом, органическим или неорганическим красителем), а обусловлен принципиальным ограничением размеров питов, накладываемым длиной читающего/пишущего лазерного луча (780 нм для CD-ROM, 405 нм для Blue-Ray). Именно этим объясняется отсутствие особых преимуществ у 2D-носителей информации (т.н. protein coated disc, PCD) на базе бактериородопсина (за исключением лишь высокой скорости записи информации в таких устройствах, время первичных процессов фотоизомеризации ретиналя в молекуле бактериородопсина составляет 0.5 нс, что на два порядка меньше времени записи одного пита на скорости 52X для дисков CD-R), хотя они и позволяют теоретически увеличить объем хранимой на стандартном 12-сантиметровом диске информации до десятков терабайт. Однако на данный момент не предложено технологии, которая позволяла бы производить запись и считывание информации на нанометровом масштабе. В связи с этим весьма перспективным представляется конструирование 3D-носителей информации, также базирующихся на модифицированных формах бактериородопсина. В этой технологии бактериородопсин распределяется в трехмерном кубике из инертного и прозрачного носителя. Запись информации производится двумя перпендикулярными лазерными лучами, пересекающимися в некоторой точке, в которой за счет подобранных должным образом длин волн лазерных пучков только и возможен двухфотонный переход определенной молекулы бактериородопсина. Осуществляя точную прецессию лазерных лучей, к примеру, применяя пьезоэлектрические моторы, можно перемещать точку, в которой пересекаются лазеры, по всему объему кубика-носителя информации. В данном случае плотность записываемой информации увеличивается в порядки за счет использования дополнительной размерности оптического носителя. Основное затруднение, с которым сталкиваются разработчики устройств 3D-памяти, – системы считывания информации с такого рода носителей, и данная проблема не имеет пока удовлетворительного решения.

Рисунок 3. Модифицированный фотоцикл бактериородопсина, который предлагается использоваь для записи информации в работе (Wise KJ, 2002)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящее время рано говорить о реальной возможности создания устройств хранения данных на базе модифицированных форм бактериородопсина, во всяком случае имеющиеся в литературе проекты такого рода отличает некоторая «сыроватость» и умозрительность: основные проблемы конструирования таких устройств пока не нашли своего решения. Однако в этой области ведутся активные работы теоретического плана, имеющие не только общенаучную ценность, но и предоставляющие свежие идеи и экспериментальный базис для улучшения имеющихся на данный момент технологий хранения информации. В частности, усилия многочисленных исследовательских групп сосредоточены на поиске ответов на вопросы влияния белкового окружения на конформацию ретиналя и время жизни интермедиатов фотоцикла бактериородопсина, связи распределения зарядов в сайте связывания ретиналя и спектральных характеристик бактериородопсина, объяснения причин термостабильности бактериородопсина и путей ее увеличения и пр. Все это позволяет с определенной уверенностью и надеждой смотреть на перспективы развития этой области нанобиотехнологии. Филипп Орехов, кафедра биоинженерии Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

ЛИТЕРАТУРА 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Oesterhelt D, Stoeckenius W // Nat. New. Biol. – 1971. – Vol. 233. – P. 149–152.

Haupts U, Tittor J, Oesterhelt D // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. – 1999. – Vol. 28. – P. 367–399.

Findlay JBC, Pappin DJC // Biochem. J. – 1986. – Vol. 238. – P. 625–642.

Harbison GS et al. 1984 Hampp N. // Chem. Rev. – 2000. – Vol. 100. – P. 1755–1776.

Wise KJ, Gillespie NB et al. // TRENDS in Biotech. – 2002. – Vol. 22. – P. 387–393.

Birge RR, Cooper TM Energy storage in the primary step of the photocycle of bacteriorhodopsin. // Biphys. J. – 1983. – 42. – P. 61–69.

45

ФОТОСЮЖЕТ уристов, посещающих Рим, наряду с известнейшими старинными памятниками архитектуры привлекает необычное здание в духе постмодернизма – церковь Dives in Misericordia («Щедрый в милосердии»). Это белое сооружение из сборного железобетона и стекла состоит из трех изогнутых конструкций, напоминающих раковины или лепестки цветка. Церковь возведена в 2003 г. по проекту американского дизайнера Ричарда Мейера, а осуществить его замысел помогла итальянская компания Centro Technico di Gruppo. Проект церкви требовал особых технологий: ее стены должны быть белоснежными и как можно дольше сохранять свою чистоту. Для решения этих задач специалисты компании выбрали цемент, изготовленный ими по новой технологии TX Active®: в его состав входят наночастицы диоксида титана (TiO2). Благодаря фотокатализу поверхность из такого цемента может сама собой очищаться. Происходит это так: когда солнечные лучи касаются стен здания, диоксид титана, входящий в их состав, действует как катализатор и ускоряет химическую реакцию. Загрязнения самой различной природы – бактерии, споры бактерий, плесень, которыми покрыты стены любого здания, – просто разлагаются на воду, кислород и соли в присутствии катализатора. Кроме того, цемент с наночастицами сам себя моет. Известно, что практически любая твердая поверхность отталкивает воду. Степень отталкивания зависит от угла между краем капли и твердым телом. Обычно угол смачиваемости равен примерно 80 градусам. После того как солнечные лучи попадают, например, на бетонную стену дома, в состав которой входит диоксид титана, угол уменьшается до 0 градусов. В это время поверхность становится восприимчивой к смачиванию – гидрофильной, т.е. вместо образования капель вода равномерно по ней растекается. В тече-

Технологии во плоти

Dean Soderberg

Архитекторы любят экспериментировать с материалами. Как только новинка выходит из стен лаборатории, ее тут же используют в строительстве. Белоснежный бетон, самоочищающееся стекло, углестеклопластик – сооружения из этих материалов уже стоят в наших городах.

ООО «НТИЦ АпАТэК-Дубна»

Т

Ослепительную белизну церкви Dives in Misericordia в Риме обеспечивают наночастицы диоксида титана

46

Прозрачные поручни углестеклопластикового моста в центре Сочи включают наноалмазы, а покрытие – углеродные волокна В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

W W W. N A N O R F. R U | № 4 2 0 10 | В М И Р Е Н А Н О

Стеклянный купол Национального театра в Пекине покрыт самоочищающейся пленкой

Jaywaykay

ние последующих 1–2 дней гидрофильность сохраняется, а затем угол смачиваемости начинает постепенно увеличиваться, пока не достигнет снова 80 градусов. Поверхность становится водоотталкивающей, а накопившаяся за это время вода скатывается с нее, увлекая за собой частички грязи. Церковь, построенная из белого бетона и стекла, буквально «светится», что особенно заметно на фоне окружающих ее жилых построек 1970-х гг. Новые строительные материалы помогли воплотить в жизнь замысел Ричарда Мейера, считающего, что «свет является средством, с помощью которого мы способны испытывать то, что называется божественным». Самоочищающийся вид цемента с диоксидом титана использовали и при строительстве памятника жертвам холокоста в Берлине в 2005 г. – множество бетонных прямоугольных плит в центре города. Еще один экспериментальный проект – Большой национальный театр в Пекине. Его автор – француз Поль Андрё. Под сферической оболочкой из стекла и бетона расположены три самостоятельные площадки – оперный и концертный залы, театр. Здесь же находятся многочисленные выставочные павильоны, рестораны и магазины. Архитектор Андрё назвал свое детище «Городом театров». Сооружение находится посреди искусственного озера, поэтому местные жители назвали театр «Яйцом» из-за формы купола и отражения в воде. Стеклянная поверхность купола всегда прозрачна, т.к. покрыта тонкой пленкой из катализатора TiO2, благодаря которому под действием фотокатализа купол самоочищается. Через панели многослойного теплоизолирующего стекла можно наблюдать происходящее внутри. Новые стройматериалы испытывают и в России. К примеру, в Сочи, как подарок к будущей Олимпиаде, построили мост из углепластика. Он особенно красив вечером, когда включена подсветка. Мост городу подарила компания ООО «НТИЦ АпАТэК-Дубна», которая производит конструкции из композитных материалов – углестеклопластика с добавками углеродных волокон, трубок, наномеди. В прозрачных поручнях моста есть включения наноалмазов, его износостойкое покрытие содержит углеродные волокна и нанокарбиды, а в состав материалов основного каркаса входят нанотрубки и медь. Медные нанопорошки придают им огнестойкость, углеродные трубки уменьшают деформацию, возникающую при остывании материала. Чего в этом мосте нет, так это железа,

Gustavo Madico

ФОТОСЮЖЕТ НАНОАРТ

Памятник жертвам холокоста в Берлине не покроет плесень, потому что он построен из бетонных плит с наночастицами диоксида титана

поэтому он не заржавеет. Конструкция из углестеклопластика такая легкая, что ее смонтировали за 20 минут. Обычные граждане тоже приобщаются к миру новейших наноматериалов. Пример показали пермяки – сотрудники компании «Пеноситал», выпускающей теплоизоляционный материал – пеностекло. Они утепляют им свои дома, гаражи, дачи. В отличие от пеностекла марки Foamglas корпорации Pittsburgh corning Europe, которым утеплены кровли Большого Кремлевского дворца, спорткомплекса «Олимпийский» и стадиона «Луж-

ники», отечественное пеностекло делают из стеклобоя – выгодно и экологично. Его смешивают с реагентами, измельчают до наноразмеров и нагревают, в результате чего на поверхности вспененного полуфабриката образуется пленка толщиной 100–120 нм, это придает материалу особую прочность. Стекло ко всему прочему еще и «дышит», как дерево, поэтому им можно утеплять стены и фасады домов. Мария Морозова «Российские нанотехнологии», № 1-2, 2010 г.

47

РУБРИКА

48

В М И Р Е Н А Н О | № 4 2 0 10 | W W W. N A N O R F. R U

В МИРЕ № 4 2010

Нанотехнологов трудоустроили Читайте на стр. 12