Передний край

— Алмазы, использующиеся в ювелирном деле, добываются из кимберлитов и лампроитов, которые слагают трубки взрыва, выносящие к поверхности мантийный материал при прорыве магмы сквозь земную кору. Это крупнокристаллические алмазы. Однако известны и другие генетические типы алмазов. Например, импактные микро- и нанокристаллические алмазы, не имеющие ювелирной ценности, но обладающие ценными техническими свойствами. Запасы их достаточно велики. Импактные алмазы образуются при падении на Землю крупных метеоритов в результате сильного ударного воздействия на породы земной коры, содержащие графит и другие углеродистые вещества. На территории России метеоритная и импактная тематика особенно детально изучалась в 70-80-е годы прошлого века, были выявлены крупные алмазоносные астроблемы.

Созданию нового антифрикционного материала и биметаллического вкладыша подшипника на его основе предшествовал комплекс фундаментальных и прикладных исследований, проведенных в рамках гранта РНФ сотрудниками лаборатории физической химии металлургических расплавов и лаборатории порошковых, композиционных и наноматериалов ИМЕТ УрО РАН. Полученные результаты позволили разработать технологические решения, включающие уникальные методы синтеза матрицы и упрочняющей фазы, вибрационной, механической и термической обработки новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Физико-химические исследования новых функциональных мультифазных сплавов и композитов инициировал член-корреспондент РАН Э.А. Пастухов, а сейчас коллектив разработчиков возглавляет зав. лабораторией физической химии металлургических расплавов доктор химических наук А.Б. Шубин.

Уже сегодня инициаторы проекта обладают передовыми решениями и разработками, не имеющими аналогов как в нашей стране, так и за рубежом. Сферы их применения — переработка отходов овощеводства, животноводства и промышленности (в частности, атомной, металлургической и пищевой), очистка вод от тяжелых металлов, производство функциональных, то есть полезных для здоровья, продуктов питания.

«Некоторое время назад, используя биотехнологические методы, удалось выполнить задачу государственной важности — обезвредить и переработать экологически опасные техногенные отходы в виде пороховых масс, оставшихся после ликвидации Режевского химического завода в Свердловской области. При этом стоимость работ оказалась на порядок меньше, чем у компаний, предлагавших другие решения, что сэкономило средства в бюджете Минпромторга РФ. Предложенная нами успешная промышленная технология востребована и на других объектах», — рассказывает директор НПЦ «Уралбиосинтез» Дмитрий Савиных.

Важнейшая задача борьбы с пандемией COVID-19 — создание теста на антитела, то есть на содержание в плазме крови белков, которые вырабатывают клетки иммунной системы для нейтрализации вирусов. Ряд моделей таких тест-систем разработала группа пермских ученых под руководством ведущего научного сотрудника Института экологии и генетики микроорганизмов Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН доктора биологических наук Михаила Раева. Теоретически благодаря такому тесту за несколько минут по образцу крови можно будет узнать, переболел человек COVID-19, в том числе и бессимптомно, или нет, а при появлении вакцины возникнет возможность оценить ее эффективность в каждом конкретном случае. Это не исчерпывает спектра возможностей тест-системы. Квалификация группы подтверждена пятнадцатью патентами и тридцатилетним опытом создания целой линейки моделей действующих тест-систем на определение антител к ВИЧ и стрептококкам, маркеров беременности и онкопатологий, оценку напряженности иммунной системы в ответ на вакцинацию и других. Разработки группы в этом направлении поддерживаются грантами РФФИ и РНФ. На основе авторских технологий ученые готовы создать разные варианты действующих моделей тест-систем: для домашнего самотестирования, исследования в кабинете врача или в лаборатории, в том числе с применением регистрирующей, но при этом весьма простой и недорогой аппаратуры, что позволит оценивать количество антител в исследуемом образце.

— Это нужно, в первую очередь, для создания особей, устойчивых к опасным болезням. Многие из существующих болезней, особенно вирусной природы, такие, например, как лейкоз крупного рогатого скота, очень трудно поддаются искоренению. На оздоровительные меры уходят годы и значительные материальные ресурсы. А некоторые болезни, такие, как африканская чума свиней, наносят огромный ущерб животноводству, приводят в том числе к ликвидации поголовья, и лечения для них не существует. Если бы можно было сделать организм животного невосприимчивым к возбудителю, мы бы могли сдержать заболеваемость или даже полностью защитить поголовье от опасных инфекций. Технологии редактирования генома как раз позволяют наделить организм животного такой устойчивостью.

— Она отлично справляется с решением таких задач, как выведение животных с заданными породными качествами, с высокой продуктивностью. Однако для выведения животных, устойчивых к инфекционным болезням, методы селекции действительно не годятся. Для того чтобы найти особей, имеющих устойчивость к какой-либо инфекции, нужна очень большая выборка: среди сотен и тысяч зараженных может оказаться всего несколько невосприимчивых. А для опасных вирусных инфекций допускать такой уровень поражения поголовья немыслимо в принципе. Если же искать «устойчивых» животных при текущей заболеваемости, исследования настолько растянутся во времени, что потеряют смысл из-за мутаций возбудителя. Проще говоря, пока мы будем десятилетиями искать «устойчивых» животных, вирус будет изменяться и приобретать новые свойства, и за этими переменами нам просто не угнаться. 

В работе семинара приняли участие более 100 специалистов в этой области: ученые Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, которые в сотрудничестве с коллегами из УрФУ и научно-исследовательских институтов Росатома создают пирохимическую технологию переработки ОЯТ с использованием расплавленных солевых сред, представители предприятий Росатома, в том числе АО «Прорыв», ГНЦ НИИ атомных реакторов, Института реакторных материалов, НПО «Маяк», Сибирского химического комбината, Радиевого института им. В.Г. Хлопина, ООО НПФ «Сосны», ЗАО «СПЕКС», НТЦ по ядерной радиационной безопасности и других организаций, а также Российского химико-технологического университет им. Д.И. Менделеева, Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».

Разработкой методов лабораторной диагностики онкологических заболеваний с использованием магнитных наночастиц и принципа ядерно-магнитного резонанса пермские ученые занимаются совместно с коллегами из лаборатории прикладного магнетизма Института физики металлов им. М.Н. Михеева. В исследовании участвовали также сотрудники биологического и химического факультетов Пермского государственного национального исследовательского университета и лаборатории многофазных дисперсных систем Института технической химии Пермского ФИЦ. О том, как шла эта работа и каковы ее итоги, мы поговорили с руководителем проекта, ведущим научным сотрудником лаборатории экологической иммунологии ИЭГМ доктором биологических наук профессором Михаилом Раевым и одним из основных исполнителей кандидатом биологических наук Павлом Храмцовым.

Об этих открытиях мы поговорили с зав. лабораторией нейтронных исследований вещества ИФМ УрО РАН кандидатом физико-математических наук Андреем Губкиным.

— Сначала, наверное, надо рассказать о ферромагнетиках. Способность магнитов притягивать к себе удаленные на расстояние железные предметы очаровывала и привлекала людей с древнейших времен. Но только в начале XX века физики Пьер Вейс и Вернер Гайзенберг нашли объяснение феномену ферромагнетизма — существованию ниже критической температуры (температуры Кюри) магнитооупорядоченного состояния с параллельным расположением магнитных моментов атомов. Вскоре французский физик Луи Неель и наш соотечественник Лев Ландау предположили, что существует принципиально иной класс магнитных материалов со скрытым магнетизмом — антиферромагнетики, которые из-за антипараллельного упорядочения магнитных моментов атомов не обладают свойствами постоянных магнитов. Тем не менее у антиферромагнетиков есть целый ряд физических свойств, в том числе представляющих интерес для практического применения: сверхбыстрая магнитная динамика, гигантский магниторезистивный эффект, спиновый эффект Зеебека и другие. Благодаря этим свойствам с антиферромагнетиками связывают будущее спинтроники — нового раздела физики конденсированного состояния, изучающего свойства материалов, в которых не только электрический заряд, но и спин электрона играют ключевую роль. В частности, антиферромагнетики могут расширить функциональные возможности микроэлектронных устройств, работающих на принципах спинтроники, например, в микросхемах магниторезистивной памяти.