Российские нанотехнологии # 1-2 2011

январь-февраль 2011

том 6, № 1-2

Получение, исследование и перспектива использования наночастиц на основе хитозана и галактоманнана

• Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее

• Электрические и магнитные фазовые переходы первогорода в наноструктурах

• Проводимость структур с кремниевыми нанокристаллами в оксидной матрицеян

варь

-фев

раль

201

1ТО

М 6

, № 1

-2

Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И | Т О М 6 | № 1 - 2 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U2

с л о в о р е д а к т о р а

Время подводить итогиВ минувшем десятилетии стартовало несколько крупных программ, направленных на развитие нанотехнологий в Российской Федерации – ФЦП «Исследования и раз-работки по приоритетным направлениям научно-технологического комплекса России на период 2007–2012 годы», «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы» и «Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года».

Программы реализуются уже несколько лет, и настало время анализировать результаты, полученные в рамках усилий государства по развитию наноиндустрии. На основании этого анализа можно будет корректировать направления усилий госу-дарства по развитию наноиндустрии.

Редколлегия журнала планирует начать обсуждение полученных результатов в различных сферах – организации исследований, развитии инфраструктуры исследо-ваний и разработок и, конечно, достижений в крупных сегментах науки, техники и индустрии.

Мы расскажем о крупнейших сегментах фундамента создаваемой наноиндустрии России – «Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» и «Российской корпорации нанотехнологий», успешных региональных нанотехнологиче-ских центрах и отечественных производителях нанопродукции.

В рамках такого обсуждения мы надеемся получить информацию об оценке обще-ством всех сторон деятельности институтов государства по развитию наноинду-стрии и рекомендации по корректировке этой деятельности.

Редколлегия приглашает ученых, инженеров и менеджеров принять участие в обсуждении всех сторон развития наноиндустрии в Российской Федерации.

Главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВИгн

ат С

олов

ей

3W W W. N A N O R F. R U | Т О М 6 | № 1 - 2 2 0 11 | Р О С С И Й С К И Е Н А Н О Т Е Х Н О Л О Г И И

январь-февраль 2011

ТОМ 6, № 1-2

Учредители:Федеральное агентство по науке

и инновациям РФ, ООО «Парк-медиа»

Редакционный совет:Председатель: М.В. Ковальчук

Главный редактор: М.В. Алфимов

Ж.И. Алфёров, А.Л. Асеев, Е.Н. Каблов, М.П. Кирпичников,

С.Н. Мазуренко, К.Г. Скрябин

Редакционная коллегия:Ответственный секретарь: М.Я. Мельников

М.И. Алымов, В.М. Говорун, А.А. Горбацевич, С.П. Громов, А.М. Желтиков, Р.М. Кадушников,

А.Н. Озерин, А.Н. Петров, В.Ф. Разумов, И.П. Суздалев, С.П. Тимошенков

Издатель: А.И. ГордеевРуководитель проекта: Т.Б. Пичугина

Выпускающий редактор: М.Н. Морозова

Редактор: С.А. Озерин

Подготовка иллюстраций, макет и верстка: С.В. Новиков, К.К. Опарин

Фотоподбор: М.Н. Морозова

Распространение: Е.Л. Пустовалова

E-mail: [email protected], www.nanorf.ru

Дизайн журнала: С.Ф. Гаркуша

Корректура: Г.В. Калашникова

Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ №ФС77-26130 выдано Федеральной службой по надзору

за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия 03 ноября 2006 г .

Адрес редакции: 119234, Москва, Ленинские горы, Научный парк МГУ, владение 1, строение 75Г. Телефон/факс: (495) 930-87-07.

Для писем: 119311, Москва-311, а/я 136Подписка: (495) 930-87-07.

E-mail: [email protected], www.nanorf.ru ISSN 1992-7223

При перепечатке материалов ссылка на журнал «Российские нанотехнологии» обязательна. Любое воспроизведение опубликованных материалов без пись-менного согласия редакции не допускается. Редакция не несет ответственность

за достоверность информации, опубликованной в рекламных материалах.

© РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ, 2011

Номер подписан в печать 08 февраля 2011 г . Тираж 1000 экз. Цена свободная.

Отпечатано в типографии «МЕДИА-ГРАНД»

СОДЕРЖАНИЕ

ЖУРНАЛ «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ» входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубли-кованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук (далее – Перечень).

Издание входит в Перечень как удовлетворяющее достаточному условию включения в Перечень – вклю-чение текущих номеров или переводных версий изда-ний на иностранном языке в одну из систем цитирова-ния (библиографических баз) Web of Science, Scopus, Web of Knowledge, Astrophysics, PubMed, Mathematics, Chemical Abstracts, Springer, Agris.

Журнал «Российские нанотехнологии» включен в одну из перечисленных систем цитирования – Springer. В этом можно убедиться, зайдя на сайт http://www.springerlink.com

Также журнал указан как входящий в Перечень на сай-те ВАК.

Как его найти: Смотрите страницу на сайте ВАК: http://vak.ed.gov.ru/ru/help_desk/list/

Публикация статьи занимает

3 месяца

Публикация в журнале

бесплатная

Импакт-фактор РИНЦ

0.721

Англоязычная версия распространяется

Springer

Дайджест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Аналитический обзор деятельности научно-образовательных центров национальной нанотехнологической сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее . . . . . . . 13

Микросхема как сандвич: что скрывается внутри . . . . . . . . . . . . 24

ТРЦКП: исследования и подготовка кадров для наноиндустрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Томский региональный центр коллективного пользования . . 31

Экспертиза инновационных проектов: нанотехнологии . . . . . 35

I Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36


с т а т ь и НАНОСамоорганизующиеся структуры и наносборкиП.В. Лебедев-Степанов, Р.М. Кадушников, С.П. Молчанов, Н.И. Рубин, Н.А. Штуркин, М.В. Алфимов

Моделирование самосборки ансамблей микро- и наноча-стиц в испаряющейся микрокапле раствора . . . . . . . . .83

И.В. Ионова, М.В. Алфимов, В.А. Лившиц

Адсорбция и динамика молекул на гидрофобизированных микрочастицах двуокиси кремния. Исследование мето-дом ЭПР-спектроскопии спиновых зондов . . . . . . . . . . . .89

И.В. Ионова, М.В. Алфимов, В.А. Лившиц

Исследование методом ЭПР влияния ковалентной иммо-билизации циклодекстриновых рецепторов на микроча-стицах силикагеля на динамику и комплексообразование спин-меченых молекул-гостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

Наноструктуры, включая нанотрубкиИ.П. Суздалев, В.Н. Буравцев, Ю.В. Максимов, А.Н. Николаев

Электрические и магнитные фазовые переходы первого рода в наноструктурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

В.А. Астапенко, Л.П. Суханов

Влияние адсорбции воды на структурные и оптические свойства нанокластеров диоксидов кремния и титана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

П.А. Форш, А.С. Гаврилюк, Е.А. Форш, Д.М. Жигунов, М.Н. Мартышов, А.А. Антоновский, И.Д. Сысоев, А.С. Воронцов, П.К. Кашкаров

Проводимость структур с кремниевыми нанокристал-лами в оксидной матрице . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

Наноматериалы конструкционного назначенияМ.И. Алымов, В.С. Шустов, А.В. Касимцев, В.В. Жигунов, А.Б. Анкудинов, В.А. Зеленский

Синтез нанопорошков карбида титана и изготовление пористых материалов на их основе . . . . . . . . . . . . . . . .122

В.Г. Ильвес, С.Ю. Соковнин

Получение нанопорошков ZnO и Zn-ZnO методом испаре-ния импульсным пучком электронов в газе низкого дав-ления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Т.А. Чернышова

Трибологические характеристики литых алюмоматрич-ных композиционных материалов, модифицированных наноразмерными тугоплавкими порошками . . . . . . . . .135

НанобиологияА.В. Ильина, Н.М. Местечкина, Д.В. Курек, А.Н. Левов, П.И. Семенюк, В.Н. Орлов, В.Д. Щербухин, В.П. Варламов

Получение, исследование и перспектива использования наночастиц на основе хитозана и галактоманнана . .143

о б з о р ы НАНОНанобиологияН.Г. Хлебцов, Л.А. Дыкман

Биораспределение и токсичность золотых наночастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

С.С. Вознесенский, Ю.Н. Кульчин, А.Н. Галкина

Биоминерализация – природный механизм нанотехнологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

Публикуем статьи по проектам ФЦПРедакция « Российских н анотехнологий» о бращается к р уководителям проектов, поддержанных ФЦП «Исследования и разработки по приори-тетным направлениям на учно-технологического комплекса России на период 2007–2012 годы» и «Развитие инфраструктуры наноинду стрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». Мы будем рады опубликовать статьи с результатами, полученными в ходе выполнения ваших проектов. Статьи могут быть подготовлены как в научные рубрики, так и в деловые – «Научно-техническая политика», «Исследования и разработки».

Публикуя в нашем журнале статьи с результатами проектов ФЦП, вы убива-ете двух зайцев: отчитываетесь перед заказчиком и повышаете свои ПРНД.

В правилах для авторов (стр. 150) вы найдете все необходимые указания для подготовки публикаций. А если остались вопросы, пишите, звоните нам: +7-495-930-88-08, [email protected]

Редакция


Ученые Института электро-физики У ральского о тде-ления Р оссийской ак аде-мии наук методом испаре-ния импу льсным пучк ом электронов в г азе низкого давления получили нано-порошок ок сида цинк а. Исследователи определили основные факторы, влияю-щие на состав порошков, и выяснили, что нанопорош-ки обладают сильно выраж енными магнитными свойства-ми. Подробнее об э том рассказывает один из учас тников работы (стр. 128), ведущий научный сотрудник лаборатории импульсных процессов Института электрофизики УрО РАН (г. Екатеринбург) Сергей Юрьевич Соковнин.

Почему для работы был выбран оксид цинка?Оксид цинка – это уникальный материал, который сочетает в себе разнообразные свойства и широко использу ется для различных приложений. Убежден, что перевод этого мате-риала в наносостояние позволит еще лучше раскрыть его возможности.

Насколько представленный метод получе ния нанопорошков предпочтительнее применять в производстве по сравнению с тех-нологией термического нагрева с использованием и без исполь-зования катализаторов, импульсного лазерного испарения, маг-нетронного распыления?Метод испарения импульсным электронным пучком в газе низкого давления позволяет получать высоко неравновесные нанопорошки различных материалов малого размера, разной структуры и агломерации. Благодаря импульсному электрон-ному пучку можно испарять любые материалы с высокой эффективностью, а расширение паро-плазменного факела в газ низкого давления и последующее осаждение частиц на кристаллизаторы из разных материалов, в том числе и охлаж-денных, дает возможность управлять размером, составом и структурой получаемых наночастиц в широком диапазоне, вносить легирующие добавки на различных этапах процесса. Все это позволяет управлять процессом получения в широком диапазоне и определяет уникальные свойства нанопорошков, что очень важно на этапе исследования. Конечно, метод не свободен от недостатков, просто они – следствие его новиз-ны. Полагаю, каждый метод получения нанопорошков окси-да цинка имеет свои достоинства и недостатки, и практика покажет, что и где пригодится.

Где можно использовать полученные данным методом нанопо-рошки оксида цинка и как вы оцениваете коммерческие перспек-тивы результата исследования?Для успешного коммерческого применения необходимо най-ти существенные конкурентные преимущества наноматериа-ла в виде каких-то специфических свойств. На данном этапе крайне сложно судить о практической ценности полученных результатов – они носят пока фундаментальный характер. Но уже то, что свойства существенно зависят не только от дис-персности, но и от метода получения нанопорошков окси-да цинка, позволяет говорить о том, что многое о свойствах материала пока неизвестно!

анонс

Второй авторВ этом номереАнализу состояния исследований природных био-минералов и направ лений их биомимет ическо-го мо делирования на примере спик ул с теклян-ных г убок посвящен обзор С.С. Вознес енского и др. Биоми метическое моделирование этих струк-тур позволяет при низких т емпературах получить спектр перспективных композитных нанострукту-рированных материалов, сочетающий эластичность и прочность органической основы с упр угостью и

прочностью кремнезема. Формируемые белками и полисахаридами био-миметические с трукту-ры обладают необычны-ми физик о-химически-ми свойс твами и мог ут использоваться в н ано-биотехнологии, меди-цине, ма териаловеде-нии, а т акже для синтеза наноструктур в опт ике и микроэлектронике.

В работе П.В. Лебе дева-Степанова и др. опи сывается физическая и компьютерная мо дель само сборки в ис па ря ющейся капле раствора объемом порядка н е с к о л ь -к и х с о т е н пиколитров, являющаяся р а з в и т и е м

методов дис-сипативной динамики в прило жении к сис те-мам с изменяемым об ъ-емом. Результаты моде-лирования сопоставля-ются с эк спериментами на реальных системах (водные растворы поли-стирольных коллоидных частиц).

В ис следова-нии М .И. Алы-мова и др. при-ведена т ехно-логия синт еза нанопорошков карбида титана узкого фракци-онного состава

с малым содержанием при-месей. Определены режи-мы прес сования и спе-кания порошк а к арбида титана, на основе которого получен пористый матери-ал с открытой пористостью до 50 %.

стр.60

Стадии формирования структуры при участии радиальных гидродинамических

потоков компенсационной природы

Распределение частиц порошка плавлено-го карбида титана по размерам

Пример природной фотонной структуры: голубая радужность крыльев бабочки

Morpho butterfly

стр.83

стр.122


Ученые отмечают, что результаты асм-микроскопии согласуются с био-химическими данными и свидет ель-ствуют о том, что экструзия разруша-ет структуру пищевых биополимеров зерна, что сопровождается резким увеличением площади взаимодей-ствия ферментов со своими субстра-тами. Поэтому экструдаты и обретают большую пищевую ценность.

ТАТУИРОВКА СЛЕДИТ ЗА ЗДОРОВЬЕМУченые из Северо-Восточного уни-верситета (США) разработали новый метод наблю дения за уровнем на-трия в орг анизме с помощью нано-сенсоров, которые вводятся под ко-жу. В будущем ученые планируют ис-пользовать ана логичную т ехноло-гию для мониторинга уровня сахара в крови больных диабетом.

Поддержание постоянного уров-ня ионов натрия жизненно важно для организма – они учас твуют в работе мышц (в том числе сердечной), про-ведении нервных импульс ов. Опас-ное снижение уровня ионов на трия (гипонатриемия) мо жет возник ать при раз личных заболеваниях, при проведении нек оторых хир ургиче-ских о пераций и ли э кстремальных нагрузках на организм.

Исс ледователи Коллед ж а ме-дицинских н аук С еверо-Восточно-го университета разработали мини-атюрные датчики, способные опре-делять уровень на трия, и про де-монстрировали, что они спос обны работать при внедрении по д к ожу животного. Эти датчики флуоресци-руют, и уровень их све чения изме-няется в зависимос ти от концентра-ции натрия рядом с ними. С енсоры представляют собой пластифициро-

дайджест

НАНОСТРУКТУРА РЖАНОГО ЗЕРНАСпециалисты Инс титута механики сплошных сред УрО РАН и Института экологии и генетики микроорганиз-мов УрО РАН исследовали нанострук-туру зерна озимой р жи до и пос ле экструзии. По мнению ис следовате-лей, именно различия в нанострук-туре объясняют разницу в пищевой ценности этих продуктов.

Экструзией зерна называется его обработка по д дейс твием выс око-го давления и температуры. Зерно обрабатывают, чтобы улучшить к а-чество к ормов. В приро дной фор-ме крахмал усваивается лишь на 20–25 %, а экструзия повышает этот по-казатель до 60–70 %, по тому что в результате обработки крахмал и цел-люлоза превращаются в сахара, дек-стрины и гемицеллюлозу. К сожале-нию, при данном виде обработки те-ряются витамины.

Пермские ученые, д.т .н. Евгений Славнов и к.м.н. Владимир Коробов, помололи зерна озимой р жи и про-дукт их экструзии, просеяли получен-ные порошки через сито с ячейкой и исследовали поверхность час тиц с помощью а томно-силового микро-скопа. Мучные час тицы эк струдата имели мелкодисперсную однородную структуру размером ок оло 0.1 мкм. Зерновые частицы – около 1 мкм. Та-кую разницу ученые объясняют изме-нениями в с труктурах молекул крах-мала и белков, произошедшими в ре-зультате экструзии.

Исследователи обрабо тали об-разцы препаратом «Мезим форте», содержащим пищеварительные фер-менты. После экструзии олиго- и по-лисахариды ржи стали более доступ-ными для ферментов.

ванные полимерные час тицы разме-ром 240 нм. Они содержат компонен-ты, способные опознавать натрий, и покрыты биосовместимым полиэти-ленгликолем.

Разработанный мет од позволит разобраться в причинах дисбаланса натрия в организме и подобрать над-лежащее лечение.

Хитер Кларк, один из авторов ра-боты, отмечает, что аналогичный ме-тод можно использовать и для изме-рения уровня г люкозы в крови. С е-годня люди, болеющие сахарным ди-абетом, выну ждены неск олько раз в день ук алывать себе палец, чтобы следить за концентрацией глюкозы. Наносенсоры п озволили б ы о бой-тись без этой неприятной процедуры. Вместо этого пациент мог бы раз в не-делю обновлять «татуировку», содер-жащую наносенсоры вместо чернил, и постоянно оценивать уровень глю-козы по уровню свечения этого укра-шения.

ПЛАНКТОН АККУМУЛИРУЕТ НАНОТИТАНРоссийские ученые разработали ме-тодику оценки биологической аккуму-ляции наночастиц в планктонных ор-ганизмах и продемонстрировали, что водоросли и рачки интенсивно нака-пливают частицы диоксида титана.

Юрий Моргалев и его коллеги из Центра «Биотест-Нано» Томского университета и Сибирского государ-ственного медицинского универси-тета исследовали накопление нано-частиц в хлорелле и дафнии. Хлорел-ла – э то ро д о дноклеточных во до-рослей, т ипичных предс тавителей фитопланктона, а дафния – ро д ми-кроскопических ракообразных, рас-пространенный в зоопланк тоне. Оба организма час то применяю тся д ля исследований качества воды.

Ученые работали с наночастица-ми диоксида титана, так как эти части-цы уже сегодня широко используют-ся при произво дстве красок, лекар-ственных препаратов, косметических средств и других продуктов. Выясни-лось, что наночастицы диоксида ти-тана быстро и в зна чительных коли-чествах аккумулируются в фито- и зо-опланктоне.

Опыты показали, что наночасти-цы т итана нак апливаются в т канях водных организмов дос таточно бы-стро – в течение 4–5 суток – и в боль-ших к оличествах. Они акк умулиру-ются как водорослями – первичным звеном пищевой цепи, – т ак и рачка-ми, которые стоят на следующей сту-

Sim

on P

eckh

am

Luca

489

1


дайджест

пени. Поскольку зоопланктон служит пищей для многих видов рыб, мо жно ожидать, что наночастицы титана бу-дут передаваться по пищевой цепи дальше и появятся в продуктах про-мыслового рыболовства и аквакуль-туры. А чтобы оценить, вредно ли это и насколько, потребуются дальней-шие исследования.

ДОСТАВКА ЛЕКАРСТВ В МОЗГБольшинство лекарств не проник а-ют из крови в мозг из-за существова-ния между ними преграды – гемато-энцефалического барьера. Э то соз-дает массу трудностей при лечении опухолей мозга. Российские ученые разработали сис тему до ставки ле-карств в мозг с использованием на-ночастиц и продемонстрировали ее эффективность на эксперименталь-ных животных.

Глиобластома – это наиболее рас-пространенная и наиболее опасная разновидность злокачественной опу-

холи мозга. В нас тоящий момент хи-миотерапия таких опухолей малоэф-фективна из-за с уществования гема-тоэнцефалического барьера – филь-тра, препятствующего прохождению инородных агентов (в том числе и ле-карств) в мозг. Ученые всего мира ра-ботают над созданием лекарственных систем, которые могли бы использо-ваться при терапии глиобластом.

Сущес твенных у спехов в раз-работке нового ле чения добилась группа исследователей из Моск ов-ской г ос ударс твенной ак адемии тонкой хими ческой т ехнологии, НИИ морфологии человека РАМН и ООО «НПК «Наносис тема». Светлана Гельперина и ее к оллеги использо-вали противоопухолевый антибио-тик доксорубицин. Это вещество не-редко используется в химиотерапии злокачественных о пухолей, н о н е применяется при лечении опухолей мозга, так как плохо проникает че-рез гематоэнцефалический барьер. Ученые соединили доксорубицин с полибутилцианоакрилатными нано-частицами, покрытыми полисорба-том 80. Такие наночастицы активно изучаются сегодня во многих лабо-раториях и з-за и х п отенциальной способности проникать в мозг.

Исследователи эксперименталь-но продемонстрировали, что создан-ный ими комплекс из антибиотика и наночастиц позволяет достигать эф-фективной концентрации лекарства в мозге крыс с глиобластомой. Боль-ные животные, получавшее экспери-ментальное лечение, в среднем жи-ли на 85 % дольше, чем не получав-шая лечения контрольная группа. Более чем у 20 % крыс наблю далась длительная ремиссия – через шесть месяцев после лечения у этих живот-ных не было выяв лено дальнейшего роста опухоли.

НАНОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДРАГОЦЕННОГО КАМНЯСпециалисты Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН разра-ботали новый метод синтеза компо-зитных материалов из синтетического опала и оксидов ванадия. Такие мате-риалы обладают необычными оптиче-скими свойствами. Раньше их получа-ли путем осаждения оксидов ванадия (V2O5 и VO2) из раствора, но в новой работе ученые показали, что исполь-зовать расплавленный оксид ванадия V2O5 намного эффективнее.

Синтетический опал – э то пори-стая матрица из диок сида кремния (SiO2). Такие матрицы бывают двух

типов – объемные и пленочные. Зна-чительный прак тический инт ерес представляют нанокомпозиты, в ко-торых поры опа ла заполнены окси-дами ванадия. Такие структуры мо-гут применяться в к ачестве газовых сенсоров, переключателей и ограни-чителей излучения видимого и ин-фракрасного света. Кроме того, на-нокомпозит обладает свойс твами трехмерного фотонного кристалла. Это означает, что его структура ха-рактеризуется периодическим изме-нением показателя преломления. Та-кие вещества могут захватывать фо-тоны и очень востребованы в оптоэ-лектронике.

Сегодня нанок омпозиты опа л-V2O5 и опал-VO2 получают раствор-ными методами, то есть промывают матрицу в растворе оксида до запол-нения ее пор. Э тот процесс необхо-

димо повторять несколько раз, чт о увеличивает время производства, и к тому же такой метод приводит к по-явлению нежелательных примесей в получающемся материале.

Дмитрий Курдюков с коллегами предложили и опробовали новый ме-тод синтеза таких нанокомпозитов. Исследователи отмечают, что у же в полученных после синтеза наноком-позитах имеются области меньшего заполнения пор, ск онцентрирован-ные около поверхности. В то же вре-мя показатель заполнения пор, близ-ких к подложке, достигает значения в 100 %. Это означает, что уже в про-цессе первого этапа обработки нано-композита начинает формироваться его фотонно-кристаллическая трех-мерная структура.

По материалам http://strf.ru, раздел Информнаука

Paul

oRcC

anut

oM

ykl R

oven

tine

Kat

herin

a


научно-техническая политика

Аналитический обзордеятельности научно-образовательных центров национальной нанотехнологической сети*

РАЗВИТИЕ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НОЦ ННСАнализ результатов научной деятельно-сти НОЦ ННС показал (рис. 9) в целом невысокий уровень коммерциализа-ции резу льтатов научно-технической деятельности (РНТД). В качестве лиде-ров по коммерциализации результатов научной деятельности можно отметить: Ленинградскую область, Владимирскую область, Московскую область, Москву, Томскую область, Белгородскую область.

Можно выделить следующие Н ОЦ с наибольшей долей результатов, под-лежащих коммерциализации: ЛЭТИ, ВлГУ, ТУСУР, БелГУ, МИСиС, МЭИ, ТГУ. Отметим также, что достаточ-но высокий количественный уровень научных результатов на общем фоне достигнут в Саратовской и Владимир-

ской областях (что соответствует НОЦ СГУ, ВлГУ). Указанные количественные оценки коррелируют с показателями самооценки РНТД, указанными НОЦ при проведении мониторинга (рис. 10).

Ниже (табл. 2) представлен пере-чень результатов научной деятельности для коммерческого использования по направлениям: биотехнологии, физика, химия, автоматизированные информа-ционные системы, которые, по мнению ученых соответствующих НОЦ, превос-ходят мировой уровень.

Исследование состава НИР НОЦ – государственных контрактов (реализуе-мых в рамках целевых программ) и хоз-договоров – позволяет сделать вывод о рассогласовании количественного рас-пределения контрактов по регионам в сопоставлении с аналогичным распре-

делением работ по регионам, нацелен-ных на коммерциализацию получаемых научных результатов. Так, ниже средне-го уровня по количеству выполняемых контрактов оказываются Белгородская область, Томская область, Ленинград-ская область. При этом важно отме-тить, что в этих областях присутству ет внебюджетная составляющая финан-сирования. Например, Белгородская область – лидер по внебюджетному финансированию (рис. 11).

Вместе с тем анализ распределения выполняемых контрактов в тематиче-ской плоскости по областям знания ГРНТИ показал, что по таким тематиче-ским направлениям, как биология, био-технология, автоматика, вычислительная техника, количество выполняемых кон-трактов ниже среднего уровня (рис. 12).

Таким образом, следу ет сделать вывод о целесообразности стимулиро-вания и интенсификации соответству-ющих на учных исследований таких региональных НОЦ, как БелГУ, ТУСУР, ТГУ, ЛЭТИ. А также целесообразным видится расширение конкурсных квот для НОЦ по тематическим направлени-ям биология, биотехнология, автомати-ка и вычислительная техника.

Анализ созданных объектов интел-лектуальной собственности (ОИС) в НОЦ по их назначению и охраноспо-собности показал, что распределение количества ОИС в НОЦ близко к равно-мерному: наибольшая доля по назначе-нию ОИС приходится на изобретения (рис. 13) . Большая часть ОИС в Н ОЦ находится на охраноспособной стадии – получен охранный документ. Здесь мож-но отметить следующий перечень Н ОЦ лидеров: ЯкутГУ, МЭИ, УГАТУ, БелГУ, ВлГУ, ЮФУ. Следует также указать и ряд НОЦ с показателями по данному направлению ниже среднего уровня: РГУ Канта, СпбГУ, ННГУ (рис. 14).

Ниже приводится перечень неко-торых созданных и подготовленных в НОЦ ообъектов интеллектуальной соб-ственности, наиболее полно отражаю-щих их специфику ННС.

Созданные ОИС, по которым полу-чен охранный документ: способ получения покрытий на изде-лиях, выполненных из титана и его сплавов; ортопедический имплантат; стоматологический имплантат; способ получения электролита для нанесения биоактивных покрытий; способ получения наноразмерного гидроксилапатита; способ получения прутков нелегиро-ванного титана с ультрамелкозерни-стой структурой;

Д. т. н., проф. Н.М. Емелин; к.т.н., доц. Ю.Н. Артамонов; к. т. н., доц. В.О. МелиховФедеральное агентство по образованию ФГНУ «ГосМетодЦентр», 115998, ГСП-8, Москва, ул. Люсиновская, 51E-mail: [email protected]

Arg

onne

Nat

iona

l Lab

orat

ory

* Продолжение. Начало читайте в № 11–12 2010 г.



способ изготовления оптоэлектрон-ной микросборки; дискретный шлифовальный инстру-мент; литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения; способ получения литых композици-онных материалов; металломатричный композит; устройство классификации изображе-ний микроструктур металлов; информационно-аналитическая систе-ма многомасштабного моделирования наноструктурированных материалов; устройство для формирования анти-коррозионного покрытия;

РезультатУниверситет НОЦ

Разработана малозатратная и высокопроизводительная технология формирования субмикрокристаллических и наноструктурных состояний в нелегированном титане с целью повышения прочностных характеристик при статическом и циклическом нагружениях при одновременном улучшении пластичности, необходимых для при-менения данного материала в качестве материала для медицинских имплантатов, не содержащих вредных для живого организма легирующих элементов

БелГУ

Разработана технология создания пористой поверхности металлических имплантатов для нанесения и удержа-ния на поверхности композиционного гидроксиапатит/коллагенового покрытия. Модификация поверхности может изменять химические свойства и топографию, которая прямо связана с биологической реакцией орга-низма на имплантат, увеличить эффективную площадь контакта, способствовать получению рельефа, замедля-ющего процесс резорбции покрытия

БелГУ

Создана методика синтеза нанокристаллического гидроксиапатита. Водные суспензии нанокристаллического гидроксиапатита используются при изготовлении электролита для формирования биоактивных кальций-фос-фатных покрытий, получаемых с помощью метода микродугового оксидирования, на сплавах титана ВТ1-0, ВТ6, ВТ16. С использованием наногидроксиапатита на имплантатах из титановых сплавов золь-гель-методом форми-руются биоактивные покрытия, обладающие высокими адгезионными характеристиками и биосовместимостью

БелГУ

Разработан метод создания оптических наноматериалов с заданной топологией на базе оптических сред с квантовыми точками и полупроводниковых наноструктурированных сверхрешеток

ВлГУ

Создана методика изготовления наноструктурированных микропленок оксидов и нитридов металлов и угле-родных материалов

ВлГУ

Разработана методика лазерного синтеза тонких пленок в однородном электрическом поле ВлГУ

Сформирована методика создания оптических наноматериалов с заданной топологией и способами управле-ния квантовой динамикой и амплитудно-фазовыми характеристиками импульсов света в таких наноструктури-рованных оптических материалах

ВлГУ

Разработана технология синтеза тонких пленок и протяженных массивов наноструктур при локальном лазер-ном выпаривании

ВлГУ

Выработаны методы автоматизированной подготовки библиотек моделей (баз данных) пассивных и активных элементов монолитных гетероструктурных интегральных схем. Применение библиотеки моделей повышает надеж-ность проектирования, сокращает время, затрачиваемое на доводку топологий монолитных интегральных схем.

ТУСУР

Разработан библиотечный элемент для системы автоматизированного проектирования Microwave Offi c e, позво-ляющий выполнять виртуальные измерения характеристики нелинейности отдельных элементов и цепей с использованием видеоимпульсных и сверхширокополосных тестовых сигналов. Измеритель обеспечивает работу как в проходном, так и в рефлектометрическом режимах. Рассмотрен пример использования виртуаль-ного измерителя. Результаты виртуальных измерений сопоставлены с экспериментальными данными, полу-ченными на примере исследования линии передачи с линейной и нелинейной неоднородностями

ТУСУР

Созданы инновационные механохимические биотехнологии переработки северного биосырья с повышенным выходом биоактивных веществ и их биодоступностью

ЯкутГУ

Таблица 2. Перечень результатов научной деятельности для коммерческого использования

способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред; цемент для замещения костной ткани; лазерный измеритель микро- и нано-метровых вибраций LaserVibrometer; способ измерения электрофизических параметров структуры «нанометровая металлическая пленка – полупроводни-ковая или диэлектрическая подложка»; способ определения концентрации наночастиц; автоматизированная установка для получения наноразмерных покрытий методом полиионной сборки; программа расчета пространственно-го распределения поглощенных фото-

нов в дисперсной слоистой системе, содержащей золотые наночастицы; программный продукт «Программа для моделирования наноструктур (Ring)»; волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации; устройство для нанесения нанокла-стерного покрытия; устройство для контроля процесса сухого травления структурообразую-щего слоя микросхемы; программный комплекс «На ноте-стинг»; монолитная интегральная схема p-HEMT широкополосного мало-шумящего усилителя X-диапазона;



Сара

товс

кая

обл

асть

г. М

оскв

а

Нов

осиб

ирск

ая о

блас

ть

Челя

бинс

кая

обл

асть

Ниж

егор

одск

ая о

блас

ть

Том

ская

обл

асть

Рост

овск

ая о

блас

ть

Респ

убли

ка С

аха

(Яку

тия)

Лени

нгра

дска

я о

блас

ть

Кали

нинг

радс

кая

обл

асть

Тюм

енск

ая о

блас

ть

Респ

убли

ка Б

ашко

ртос

тан

Там

бовс

кая

обл

асть

Сам

арск

ая о

блас

ть

Белг

ород

ская

обл

асть

Респ

убли

ка Та

тарс

тан

Влад

имир

ская

обл

асть

г. Са

нкт-

Пет

ербу

рг

Мос

ковс

кая

обл

асть

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 3 4 2 6 12 3 5 5

51

102 1 1

2 2 2 4

59

6

21

43

3 2 11

15

1 12 1

1 1 1 10

2

Для коммерческого использования Для внедрения Для внутреннего использования Для патентования

Сара

товс

кая

обла

сть

г. М

оскв

а

Лени

нгра

дска

я об

ласт

ь

Влад

имир

ская

обл

асть

Мос

ковс

кая

обла

сть

Респ

убли

ка С

аха

(Яку

тия)

Там

бовс

кая

обла

сть

Нов

осиб

ирск

ая о

блас

ть

Респ

убли

ка Б

ашко

ртос

тан

г. С

анкт

-Пет

ербу

рг

Том

ская

обл

асть

Ниж

егор

одск

ая о

блас

ть

Сам

арск

ая о

блас

ть

Тюм

енск

ая о

блас

ть

Белг

ород

ская

обл

асть

Челя

бинс

кая

обла

сть

Рост

овск

ая о

блас

ть

Кали

нинг

радс

кая

обла

сть

Респ

убли

ка Т

атар

стан

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 1

21

1 1 3 3 23

113

143

40

10 3 9 10 2 2 2 14 4

69

43

3

22

21

11

1

результат превосходит мировой уровень соответствует мировому уровню

способствует повышению конкурентоспособности на региональном рынке

способствует повышению конкурентоспособности на общероссийском рынке

г. Москваг. Санкт-Петербург

Владимирская областьСаратовская областьМосковская область

Новосибирская областьНижегородская область

Тамбовская областьРеспублика Саха (Якутия)

Белгородская областьТомская область

Калининградская областьЧелябинская область

Республика БашкортостанЛенинградская область

Ростовская областьПриморский край

Свердловская областьСамарская областьТюменская областьКировская область

Пермский крайРеспублика Татарстан

0 10 20 30 40 50 60 70 80

6732

2823

191616

1010

88

66

54

3222

1111

г. М

оскв

а

Мос

ковс

кая

обла

сть

Влад

имир

ская

обл

асть

г. С

анкт

-Пет

ербу

рг

Белг

ород

ская

обл

асть

Нов

осиб

ирск

ая о

блас

ть

Респ

убли

ка С

аха

(Яку

тия)

Кали

нинг

радс

кая

обла

сть

Ниж

егор

одск

ая о

блас

ть

Там

бовс

кая

обла

сть

Сара

товс

кая

обла

сть

Киро

вска

я об

ласт

ь

Рост

овск

ая о

блас

ть

Том

ская

обл

асть

Респ

убли

ка Б

ашко

ртос

тан

При

мор

ский

кра

й

Респ

убли

ка Т

атар

стан

Свер

длов

ская

обл

асть

Челя

бинс

кая

обла

сть

Тюм

енск

ая о

блас

ть

Пер

мск

ий к

рай

Сам

арск

ая о

блас

ть

Лени

нгра

дска

я об

ласт

ь

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Уровень финансирования выполняемых контрактов, хоздоговоров

бюджет внебюджет

Физика

Электроника. Радиотехника

Машиностроение

Химия

МеталлургияОбщие и комплексные проблемы технических

и прикладных наук и отраслей народного хозяйстваПриборостроение

Биотехнология

Биология

Химическая технология. Химическая промышленность

Энергетика

Народное образование. Педагогика

Медицина и здравоохранение

Организация и управление

Строительство. Архитектура

Механика

Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Охрана окружающей среды. Экология человека

Электротехника

Автоматика. Вычислительная техника

0 10 20 30 40 50 60 70 80

7025

2113

544

333

2222

111111

Рисунок 9. Распределение научной результативности НОЦ по регионам

Рисунок 10. Самооценка РНТД в распределении по регионам

Рисунок 11. Распределение НИР НОЦ по регионам

Рисунок 12. Распределение количества НИР НОЦ по областям

устройство для обработки металлов дав-лением; способ интенсивной пластической деформации плоских заготовок круглой формы; параллельный программный комплекс для моделирования термоактивацион-ных механизмов термолюминесценции в твердых телах (ParaLum); способ определения поглощенной дозы beta-излучения в термолюминес-центном детекторе на основе анионо-дефектного монокристалла оксида алю-миния; композиционный полимерный матери-ал для абразивного инструмента; композиционный полимерный матери-ал для триботехнического назначения; антифрикционная полимерная компо-зиция; морозостойкая резиновая смесь с тер-морасширенным графитом; полимерная композиция триботехниче-ского назначения.

Подготовленные ОИС, по которым пода-на заявка или планируется ее подача: способ определения дефектности тита-нового проката; способ модифицирования поверхности имплантов из титана и его сплавов; способ получения субмикрокристал-лической структуры в нелегированном титане; способ формирования наноструктур и твердофазных наноструктурированных материалов с заданным геометрическим распределением; способ формирования протяженных массивов наноструктур, однородных тонких пленок и нанопорошков; способ формирования наноструктур на поверхности полупроводниковых пленок; восстановление трехмерного рельефа поверхности на основе изображений, полученных с помощью лазерного про-екционного микроскопа; способ изготовления термоэлектриче-ского модуля с у величенным сроком службы; светоизлучающий диод; методика создания биоактивных поверхностей полимеров; способ измерения магнитных параме-тров наноматериалов; программный продукт расчета класси-фикационных параметров электронных наноустройств и материалов; создание новых антимикробных лекар-ственных форм на основе углеродных наноструктур; стенд для ионного легирования; интегральный двунаправленный четы-рехконтактный коммутатор на основе



комплементарных квантовых областей; полимерный нанокомпозиционный мате-риал и способ изготовления полимерного нанокомпозиционного материала.

Анализируя тематический состав уже созданных ОИС и подготовленных ОИС, можно сделать вывод об устойчивости ряда тематических направлений ОИС Н ОЦ, относящихся в соответствии с классифика-цией ГРНТИ к таким областям знания, как медицина, здравоохранение, биотехнологии; электроника, радиотехника; химия, хими-ческая т ехнология; ф изика; а втоматика, вычислительная техника. Соответственно, перечисленные направления требуют повы-шенного внимания со стороны материаль-но-технического обеспечения. В частности, о размере потребностей Н ОЦ в развитии МТБ по тематическим направлениям сви-детельствуют: показатель (по соответству-ющей области знания ГРНТИ) на выборке всех НОЦ (рис. 15), а также показатель фак-тического среднего количества единиц обо-рудования для каждого НОЦ (рис. 16)

Сопоставление данных диаграмм с уче-том отмеченных лидеров по резуль татам ОИС и превышения среднего значения количества единиц оборудования отно-сительно фактически используемого в НОЦ количества единиц оборудования по заданному направлению ГРНТИ позволяет рекомендовать расширение в первую оче-редь материально-технической базы следу-ющего перечня НОЦ: по направлению научных исследований физика: МЭИ, ВлГУ, БелГУ; по направлению научных исследований химия: МИСиС; по направлению научных исследований электроника, радиотехника: ЮФУ.

Неотъемлемой частью эффектив-ной научной деятельности НОЦ является обмен научными идеями и мнениями, что находит свое отражение в публикационной активности научных коллективов. Анализ результатов мониторинга позволяет гово-рить о достаточно высокой средней интен-сивности публикаций в рефериру емых изданиях – в среднем более 10 публикаций от одного Н ОЦ. Здесь в группу лидеров входят: СГУ, ВлГУ, МГТУ, ННГУ, МИСиС, ТГУ (рис. 17).

Учитывая, что публикационная актив-ность научных коллективов в реферируемых изданиях оказывает наиболее существенный кумулятивный эффект на общую результа-тивность НОЦ, целесообразно предусмо-треть механизмы индикативного контроля деятельности НОЦ по данному направле-нию. Следует рекомендовать усилить дан-ную составляющую научной деятельности в НОЦ: ЮУГУ, КазГТУ, РГУНГ, РГУ Канта, МИСИ, СпбГУ, УПИ, МЭИ, РГУНГ.

Окончание читайте в № 3–4, 2011 г.

ТУСУ

Р

УГАТ

У

ВлГУ

БелГ

У

МЭИ

ЮФ

У

МИС

иС

РГУН

Г

ЛЭТИ

ДвП

И

УПИ

ЮУГ

У

НГТУ

ННГУ

РГУ

Кант

а

МГТ

У

СГАУ

СПбГ

У

СГУ

Тюм

ГУ

Якут

ГУ

МИФ

И

ТГУ

0

2

4

6

8

10

12

1 1 1

2

1 11

109

86

5

5

3 3

32

21 1 1

11 1

11

1

7

2 31 1 1

2

21

прочие программы для ЭВМ полезная модель

изобретение топология интегральной схемы

Тюм

ГУ СГУ

ТГУ

ЮФ

У

РГУ

Кант

а

СПбГ

У

ННГУ

РГУН

Г

ЛЭТИ

УПИ

ТУСУ

Р

ЮУГ

У

Якут

ГУ

НГТУ

СГАУ

МИС

иС

МИФ

И

МЭИ

УГАТ

У

ДвП

И

МГТ

У

ВлГУ

БелГ

У

0

2

4

6

8

10

12

2

11

1

1 11 1

53 3 3

2 2

11

1 12

1

9 9

4

1

67

11

3

1

1

4

4

Получен охранный документ Подана заявка

Планируется подача заявки

ВлГУ

СПбГ

ГИ

УГАТ

У

СПбГ

ПУ

ДвП

И

МГТ

У

МИФ

И

РГУ

Кант

а

НГТУ

МЭИ

СПбГ

У

ЛЭТИ

МИЭ

Т

ТГУ

ЮУГ

У

Тюм

ГУ

БелГ

У

НГУ

РГУН

Г

СГАУ

МИС

иС

ЮФ

У

ТУСУ

Р

ННГУ

0

2

4

6

8

10

12

14

1 1 1 0,67 1 1 1 1 1 0,9 1 2 1

42 1,861

11

5,42

2,67

11

2

0,83

3

11

1

23,67

5,5

2,33

21 21

11,17

4,25

2,2

1,67 1,2 11

2,5

Физика Химия Электроника, Радиотехника

Биология Энергетика Машиностроение

Металлургия Биотехнология

Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Физика

Химия

Электроника, Радиотехника

Биология

Энергетика

Машиностроение

Металлургия

Биотехнология

Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

1,26

2,5

1,78

1,5

1,75

2,01

1,61

1

1

ВлГУ ТГУ

НГТУ

ЛЭТИ

СГАУ

ЮУГ

У

МГТ

У

ТУСУ

Р

КазГ

ТУ

СПбГ

ПУ

Якут

ГУ

СПбГ

ГИ

РГУН

Г

НГУ

ГУ К

анта

ННГУ

МИС

И

МИС

иС

ЮФ

У

УГАТ

У

СПбГ

У

МИФ

И

МЭИ

ДвП

И

БелГ

У

УПИ

МИЭ

Т

СГУ

0

20

40

60

80

100

120

27 15 12 13 11 330

4 111 12 12 6 7 1

29

125

7 13 3 2 6 10 11

4112

31

4 5

3

3 12 1

6

314

10

82

11 3 4

3

511 15 1

6

69

32 31

10

5

3

3

3

11 1 1

3

2

1

3

51

11 3

15

1

2

13 1 3

Статьи в реферируемых изданиях Учебное пособие Статьи в прочих изданиях

Монографии Тезисы

Рисунок 13. Количественное распределение ОИС различных типов среди НОЦ

Рисунок 14. Стадии готовности ОИС НОЦ

Рисунок 15. Среднее количество единиц оборудования, используемого при выполнении государственных контрактов на выборке НОЦ

Рисунок 16. Среднее количество единиц оборудования, используемого при выполнении контрактов в НОЦ

Рисунок 17. Публикационная активность НОЦ



Эта статья посвящена тому , как трансформировалась наука, меня-лась ее парадигма по мере разви-

тия цивилизации и как новая науч-но-технологическая ситуация долж-на обеспечить прорывное развитие человечества в XXI веке. Речь пойдет о конвергенции – объединении, взаи-мопроникновении наук и технологий. Этот новый научно-технологический уклад базируется на так наз ываемых НБИК-технологиях, где Н – это нано, Б – био, И – информационные техно-логии, К – когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, поведения живых существ, и человека в первую очередь (рис. 1).

Почему же сегодня стала актуаль-ной тема конвергенции наук и техно-логий и как мы к ней подошли?

Сегодня наиболее злободневная тема в мировом масштабе – финан-совый кризис. Как заклинание повто-ряется набор слов: деньги, ипотека, финансовые схемы, падение курса валют, безработица и прочее. По сути же, кризис сегодня – это одна из волн, обострение, последствие процес-са, начавшегося сразу после Второй мировой войны. В конце 1960-х годов вышла книга французских писателей Веркора и Коронеля под названием «Квота, или «Сторонники изобилия». По сюжету и композиции это остро-сатирический и в то же время необы-чайно глубокий психологический роман. Основной его смысл состоит в том, что авторы наглядно показы-вают тупиковый путь развития обще-ства потребления в США и в мире в целом. Оправившись после потрясе-ний Второй мировой войны, человече-ство запустило новую экономическую модель развития общества под у слов-ным названием «расширенное воспро-изводство и потребление». В погоне за комфортом человечество включило индустриальную машину по истре-блению ресурсов, которая набирает обороты год от года. При условии, что эта машина будет обслуживать «золо-той миллиард» земной цивилизации,

ее хватит надолго. Но как только хотя бы одна гигантская страна третьего мира, например Индия или Китай, выйдет на уровень потребления энер-гии, какой был в Соединенных Шта-тах в 1960-м году, фактически наступит ресурсный коллапс, что мы сегодня с вами уже видим.

Глобальный кризис начался пол-века назад, а сегодня он обострился, дал «метастазы». Но мы пока про-должаем обсуждать последствия, вместо того чтобы пытаться понять причины. По моему мнению, в про-цессе приближения энергетического коллапса не последнюю роль сыгра-ло то, что развитые страны, в первую очередь США, целенаправленно, на протяжении десятилетий, пере-брасывали затратные, в основном устаревшие производства в Индию и Китай. Они «разбудили» эти страны, активно включив их в модель расши-ренного воспроизводства и потребле-ния. На помню, ч то К итай и И ндия

занимают 1 и 2 места по численности населения в м ире ( соответственно это порядка 2.5 миллиарда человек в обеих странах), и все это население за последние 30–40 лет включилось в активное промышленное производ-ство и потребление, а фактически в «истребление» ресурсов – формаль-но объемы мирового производства за счет этих стран колоссально воз-росли, но при этом использование дешевой и зачастую неквалифици-рованной рабочей силы затормозило научно-технический прогресс. Ведь за последние десятилетия человече-ство, по сути, не совершило никакого принципиального технологического прорыва. Технический прогресс раз-вивался линейно, путем модифика-ции, усовершенствования уж е изо-бретенного, как, например, увеличе-ние числа элементов на электронном чипе. Никаких глобальных открытий сделано не было, собственно, они и не требовались.

Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее

М.В. Ковальчук

НБИК

Рисунок 1



Во времена паритета США – СССР был главный с тимул – сохра -нить равновесие путем наращива-ния военных мощностей, развития военно-промышленного комплекса (ВПК). До сегодняшнего дня прак-тически все технологические нов-шества окружающего нас бытово-го мира выросли именно из ВПК. В США процесс п еретока военных нововведений в с феру п отребления был отлажен естественным образом и шел бесперебойно, у нас же мощная инновационная экономика со всеми ее составляющими была изолирована и ориентирована исключительно на военную сферу. Когда распался СССР, соревновательность между нашими странами ( пресловутое « догоним и перегоним Америку») исчезла, США по праву почивали на лаврах, но это в итоге тоже затормозило научно-тех-нический прогресс.

Таким образом, мы стали совре-менниками ресурсного коллапса, зародившегося 50 лет назад. Что теперь? П еред ч еловечеством с тоит дилемма: мы либо, двигаясь линей-но, как сег одня, в обозримом буду-щем исчерпаем все ресурсы и должны будем, по сути, вернуться к первобыт-ному строю, сохранив скотоводство, земледелие, огонь, передвигаться на лодке, велосипеде. В чем-то это гро-теск, и это может произойти не через 10, а скажем, через 30–50 лет, но неиз-бежность этого очевидна. Но есть и второй путь – суть его в том, что мы технологически должны стать частью природы, жить за счет принципиально

новых, неистощимых ресурсов и тех-нологий, созданных по образцу живой природы, но с использованием самых совершенных технологических дости-жений. И сегодня человечество подо-шло к этому вплотную.

ЭТАПЫ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯПозвольте некий исторический экс-курс на 300 с лишним лет назад – во времена Ньютона. Тогда была, факти-чески, только одна научная специаль-ность – натурфилософия, естествоз-нание, и только один «тип» ученого – натурфилософ, естествоиспытатель, (рис. 2) который изучал мир, единую и неделимую природу, непонятую на том уровне знаний и, в частности, поэтому обожествленную.

Затем, по мере роста наших знаний о природе, развития исследователь-ского инструментария человечество начало искусственно делить единую природу на сегменты для их более легкого понимания, изучения. Т ак возникли физика, химия, биология, геология и т.д. В результате этих про-цессов человечество постепенно сфор-мировало узкоспециализированную систему науки и образования, которая существует и успешно функционирует до сегодняшних дней. Такой принцип устройства науки привел в том числе и к отраслевому принципу организации промышленности (рис. 3).

На начальном этапе это была при-митивная деревообработка, камнео-бработка, добыча полезных ископа-емых и др. Отраслевые технологии усложнялись с развитием цивилиза-

ции. В ХХ веке возникли еще более сложные, интегрированные, межо-траслевые технологии для создания самолетов, кораблей, космических ракет. Но эти сложнейшие объекты сегодняшней промышленности соз-давались в рамках отраслевой эконо-мики и синергетического эффект а, взаимопроникновения технологий не происходило – было лишь аддитивное сложение успехов и результатов раз-личных технологических отраслей.

НАДОТРАСЛЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ИНФОРМАЦИОННЫЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИВсего несколько десятилетий назад появились информационные техноло-гии, которые поначалу рассматрива-лись в прежней отраслевой парадигме: появилась еще одна отрасль, еще одна новая технология. Но в действитель-ности в лице информационных техно-логий впервые появилась технология, имеющая НАДотраслевой характер. Сегодня очевидно, что ни в одной из известных отраслей нет прогресса без использования информационных технологий – это и телемедицина, и дистанционное обучение, и числовые управляемые станки, автоматическая система пилотирования автомоби-лей, самолетов, кораблей и т.д. Таким образом, информационные техноло-гии стали неким «обручем», который объединил в се н ауки и т ехнологии (рис. 4) . Информационные техноло-гии стали принципиально новыми с методологической точки зрения – они не добавились еще одним звеном к существующему ряду дисциплин, а объединили их, став их общей мето-дологической базой.

И уже вслед за информационными технологиями появились нанотехно-логии, внутренняя логика развития которых призвана соединить суще-ствующую узкоспециали зирован-ную науку и отраслевую экономику в единую картину естествознания, но уже на новом уровне развития циви-лизации, новом укладе промышлен-ного производства, основанном на использовании отдельных атомов и м олекул. И грая с толь ж е в ажную надотраслевую роль, как информаци-онные технологии, нанотехнологии, в отличие от п ервых, материальны, так как они прежде всего дают прин-ципиально новый способ конструи-рования материалов. А любая область знаний, любая отрасль промышлен-ности предполагает в первую очередь создание материалов. Так вот, нано-технологии дают нам принципиально

Рисунок 2



новый фундамент в виде технологий атомно-молекулярного конструиро-вания для создания этих материалов. Нанотехнологии – это принципиаль-ная модернизация всех существующих дисциплин и технологий на атомар-ном уровне (рис. 5) . Нанотехнологии меняют принцип создания материа-лов, их свойства, то есть фундамент для развития всех без исключения отраслей э кономики п остиндустри-ального общества.

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЫПопытаемся сформулировать основ-ные черты современного этапа раз-вития на учно-технической сферы (рис. 6).

Во-первых, переходя к наномас-штабу, мы получаем возможность манипулировать атомами и молеку-лами, составляющими любое веще-ство. Сто лет назад главная цель науки заключалась в стремлении проанализировать и понять, каким образом устроен окружающий мир. В ХХ веке, используя электромаг-нитное излучение и частицы, чело-вечество двигалось по пути анализа в область микромира, последова-тельно открывая молекулы, атомы ядра и элементарные частицы. В середине прошлого столетия, бла-годаря открытию рентгеновского излучения, рентгеновской диф-ракции, стали видны молекулы и атомы, появилась возможность видеть их, а позднее и манипули-ровать ими. Соединяя отдельные атомы и молекулы, стало возмож-ным конструировать из них новые вещества.

Таким образом, появились искусственные материалы, хорошо известные нам сегодня: полупро-водниковые кристаллы (кремний, германий, арсенид галлия), диэлек-трические кристаллы, лазерные и т.д. Большие успехи были достигну-ты и в органическом материалове-дении – был создан синтетический каучук, целый ряд полимеров и дру-гих биоорганических объектов.

Та к и м о б р а з о м , в с е р е д и -не прошлого столетия, наряду с основной линией развития на у-ки – анализом, начала формиро-ваться новая линия – линия син-теза, когда человечество руками и разумом ученых начало синтези-ровать искусственные материалы, даже такие, которых нет в приро-де и которые об ладают свойства-

Рисунок 3

Рисунок 4



ми, не существующими у природных веществ. Парадигма развития науки стала меняться от процесса познава-ния мира, его устройства к тому, что-бы целенаправленно и оптимальным путем самим создавать какие-то его элементы (рис. 7). Но если еще 50 лет назад конструирование таких новых материалов шло во многом эмпири-чески, то сейчас, с появлением каче-ственно новой исследовательско-технологической базы, мы можем контролировать процессы, которые происходят на ат омно-молекуляр-ном уровне, смоделировать и запро-

граммировать результат с помощью суперкомпьютера.

Вторая характерная черта на уч-ного развития на данном этапе – это сближение органического мира, мира живой природы, с неорганическим, в чем мы достигли больших у спехов в последние десятилетия. Как след-ствие – принципиально меняется подход к организации исследователь-ской работы – от узкоспециального мы должны перейти к междисципли-нарному методу проведения научных исследований. У ченый, манипули-рующий атомами, создающий из них

новые вещества, не м ожет назвать себя физиком, химиком или биологом. Этот ученый – тоже естествоиспыта-тель, каким был Ньютон 300 лет назад, но уже на качественно новом уровне, «уровне знаний».

НАНОТЕХНОЛОГИИ: ДВА ПУТИ РАЗВИТИЯРаньше мы шли «сверху», то есть дви-гались в сторону уменьшения разме-ров создаваемых предметов: руби ли дерево, обтесывали бревно, распи-ливали его на доски, делали вагонку или же добывали руду , выплавляли ее, делали болванку, обтачивали на станке и т.д. – т. е. отрезали все лиш-нее. В итоге мы получали доску или металлическую деталь, но большая часть наших усилий – материальных и технологических – шла на создание отходов и на загрязнение окружаю-щей среды. Сейчас мы начинаем идти «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, материалы и системы с заданными свойствами. Фактически речь идет о создании тех-нологий и оборудования для атом-но-молекулярного конструирования любых материалов (кстати, это воз-можно лишь при создании адекватных методов диагностики с атомарным разрешением). Если двигаться по это-му пути, то переход к нанотехнологи-ям, к атомарному конструированию дает важнейший результат – демате-риализацию производства и резкое качественное уменьшение энерго- и ресурсоемкости. При этом развитие нанотехнологий подразумевает раз-витие двух самостоятельных направ-лений (рис. 8).

Что я имею в виду? С одной сторо-ны, нанотехнологии – это новая тех-нологическая культура, основанная на конструировании макроматериалов путем направленного манипулирова-ния атомами и молекулами, размер которых порядка миллиардной доли метра, то есть нанометра. Но глав-ное – наноподход, а не наноразмер. Миниатюризация и нанотехнологии не имеют знака равенства. Новая тех-нологическая нанокультура состоит в том, что создаются новые матери-алы, необходимые практически для всех отраслей промышленности, и, следовательно, речь идет о формиро-вании рынка принципиально новой продукции в рамках с уществующего экономического уклада. Уже сегодня мы можем создавать разнообразные наноструктуры с разными свойства-ми, например, использу я полупро-водниковые изолирующие, электро-

Рисунок 5

Рисунок 6



проводящие слои, углеродные мате-риалы, в частности, область приме-нения которых очень широка. Таким же образом мы можем создават ь качественно новые сплавы для трубо-проводов или платформ для добычи нефти, корпусов атомных реакторов, новые материалы для строительства или дорожного покрытия и многое другое. Такие н овые м атериалы с качественно новыми, улучшенными характеристиками востребованы во всех сферах – от медицины до стро-ительства, от информатики до легкой промышленности и т.д. Естественным результатом этого станет эволюцион-ное изменение т ехнологического и, как следствие, социально-экономи-ческого уклада общества.

Парадигма развития науки в кон-це ХХ века изменилась от изучения того, как устроен мир, к тому, чтобы целенаправленно и оптимальным путем самим создавать к акие-то его элементы. Этот путь развития четко определен – наука достигла опреде-ленного уровня, и новейшие дости-жения нанотехнологий должны плав-но и естественно перетекать в сферу производства, создавать новые про-дукты, формировать новые рынки и улучшать старые. Это процесс линей-ный, и на сегодняшний день можно сказать, что в России впервые после долгого перерыва создана для этого и необходимая инфраструктура, а глав-ное – возникла идеология развития научного проекта.

В президентской инициативе раз-вития нанотехнологий в Российской Федерации речь идет о решении двух принципиально различных задач. Первая задача развития нанотехно-логий, как уже говорилось выше, состоит в совершенствовании техно-логий атомно-молекулярного кон-струирования и создания этим путем макроматериалов. Эта задача понят-ная, она сегодня основана на модер-низации существующих производств путем введения нанотехнологических решений, материалов и дальнейшего совершенствования и перевода эконо-мики на новые рельсы – более эконо-мичные. Это уже стало государствен-ной политикой, определена головная научная организация – РНЦ «К ур-чатовский институт», под его эгидой формируется национальная нанотех-нологическая сеть.

Госкорпорация « Роснанотех» создана для внедрения на учных разработок в промышленность, их коммерциализации и п оддержки инфраструктуры. Кроме того, в Рос-

сии есть ряд федеральных целевых программ, одна из них – «Развитие инфраструктуры н аноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы», направленная на созда-ние и развитие научно-технологиче-ской инфраструктуры. На НИОКР в области наносистем и живых систем выделены значительные бюджетные средства.

Важно отметить, что мы снова производим «средства производства» для развития нанотехнологий: стро-

им источники синхротронного излу-чения, нейтронов, у становки моле-кулярно-лучевой эпитаксии, атом-но-силовые микроскопы и крупные технологические комплексы на их базе, проводим модернизацию дей-ствующих «машин», активно участву-ем в международных проектах, таких как CERN, международный термо-ядерный реактор ITER, уникальный Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL. В последних проек тах финансовый

Рисунок 7

Рисунок 8



и интеллектуальный вклад России составляет существенную часть.

«ЗАПУСК БУДУЩЕГО»Но вернемся ко второй составляющей нанотехнологий, в основе которой лежит сближение и взаимопроник-новение «неорганики» и биооргани-ческого мира живой природы. Это

направление развития нанотехнологий называется «запуск будущего» и состо-ит в соединении возможностей совре-менных технологий, в первую очередь твердотельной микроэлектроники как наивысшего технологического дости-жения современности, с «конструк-циями», созданными живой природой (рис. 9).

Бесспорно, что самое сложное создание, уникальное во всех смыс-лах, – это человек: самосогласованная и единая система, в которой нет по отдельности ни физики, ни химии, ни биологии, ни математики. В нас есть все эти компоненты, которые состав-ляют замкнутую самоорганизованную систему, и, чтобы понять, мы должны оценивать ее целиком. Стремление человечества в развитии научно-техни-ческого прогресса – достичь в техноло-гических приборах того совершенства, которое заложено в каждом из нас.

В XIX–XX веках, создавая новые технические системы, мы прежде все-го копировали себя, пытались усовер-шенствовать то, что дано нам приро-дой. Например подъемный кран – это фактически имитация руки, в оптиче-ских приборах мы имитируем и совер-шенствуем человеческое зрение, в аку-стических – слух и т.д. Когда началось развитие полупроводниковой микро-электроники, компьютеров, образец для подражания был очевиден – чело-веческий мозг. Но сложные белковые молекулы состоят из десятков и даже сотен тысяч атомов, их пространствен-ная структура не была известна 60 лет назад. Поэтому проще было в качестве материальной основы взять модель из неживой природы, и для развития полупроводниковой микроэлектрони-ки и вычислительной техники начали использовать полупроводниковые кри-сталлы, например кремния, в элемен-тарной ячейке которого всего восемь атомов (рис. 10) . Двигаясь по этому пути, человечество создавало все более совершенные технологии, как, напри-мер, молекулярно-лучевая эпитаксия, которая используется для получения тонких структур порядка размеров ато-мов, и новые структуры– так называе-мые структуры с квантовыми точками, образование и поведение которых под-чинено принципам самоорганизации.

Уникальные технологии микро-электроники позволяют нам сегод-ня, сочетая литографию и последо-вательные совмещения, делать где угодно одну и ту же интегральную схему, т о е сть ф актически мы и ме-ем технологию, воспроизводимую в любой точке мира. Благодаря дости-жениям фундаментальной на уки, использующей в первую очередь рентгеновскую физику, рассеяние синхротронного излучения и ней -тронов, ядерно-магнитный резонанс, суперкомпьютеры, с тала о чевидна структура биологических объектов. Мы определили их сложную трех-мерную пространственную структуру,

Рисунок 10

Рисунок 9



изучили механизмы функциониро-вания этих биологических молекул. Сегодня мы подошли к технологи-ческим решениям, в основе кото-рых лежат базовые принципы живой природы, – начинается новый этап развития, когда от технического, модельного копирования «устройства человека» на основе относительно простых неорганических материалов мы готовы перейти к воспроизведе-нию систем живой природы на осно-ве нанобиотехнологий (рис. 11).

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ – ОСНОВА НОВОЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯРазвитие этих направлений, создание гибридных материалов и систем на их основе требует принципиально новых подходов и формирования принципи-ально нового научного уклада. Готово ли к этому сегодня на учное сообще-ство? Одно из главных у словий – наличие специалистов междисципли-нарной направленности.

Представьте, что вы хотите соз-дать с помощью нанотехнологий устройство, подобное человеческому глазу. С одной стороны, глаз – это уникальный оптический прибор, а с другой – это биологический объект , фоточувствительный белок, в кото-ром протекают сложные биохимиче-ские процессы. Так что моделирова-ние глаза – это задача для большой команды специалистов из разных научных областей: физиков и матема-тиков, химиков и биологов, медиков и физиологов, инженеров, прибори-стов, схемотехников и др., работа-ющих в рамках единого подхода на общий результат, на основе единой инфраструктуры.

Серьезный фактор, препятству-ющий развитию такого единого под-хода, – действующая сегодня во всем мире система финансирования и организации на уки. Она построе-на по узкоспециальному принципу и затрудняет организацию междис-циплинарных исследований. Чтобы перейти к «запуску будущего», необ-ходимо в корне изменить нынешнюю организацию науки, причем в миро-вом масштабе. Т е страны, которые смогут быстро и эффективно пере-строить систему научных исследова-ний и образования, нацелить их на междисциплинарные исследования, обеспечат себе достойное место в гло-бальном мире. Перед человечеством сегодня стоит задача формирования и развития принципиально нового под-хода, и речь идет в первую очередь о

конвергентных технологиях НБИК. Сама логика развития науки при-

вела нас от узкой специализации к междисциплинарности, затем наддис-циплинарности, а теперь фактически к необходимости объединения наук. Но не к простому геометрическому сло-жению результатов, а к их синергети-ческому эффекту, взаимопроникнове-нию (рис. 12).

НАНО-, БИО-, ИНФО-, КОГНО- (НБИК) ТЕХНОЛОГИИ И КУРЧАТОВСКИЙ НБИК-ЦЕНТРНа первом этапе это касается объеди-нения четырех глобальных направле-ний сегодняшней науки и технологий НБИК: Н – это нано, новый подход к конструированию материалов «под заказ» путем атомно-молекулярно-го конструирования, Б – это био, что

Рисунок 11

Рисунок 12



позволит вводить в конструирование неорганических материалов биологи-ческую часть и таким образом получать гибридные материалы, И – информаци-онные технологии, которые дадут воз-можность в такой гибридный материал или систему «подсадить» интегральную

схему и в итоге получ ить принципи-ально новую интеллектуальную систе-му, а К – это когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, познания, мыслительного процесса, поведения живых существ, и человека в первую очередь, как с нейрофизио-

логической и молекулярно-биологи-ческой точек зрения, так и с помощью гуманитарных подходов. Присоедине-ние когнитивных технологий даст воз-можность, основываясь на изучении функций мозга, механизмах сознания, поведения живых существ, разрабаты-вать алгоритмы, которые фактически и будут «одушевлять» создаваемые нами системы, наделяя их неким подобием мыслительных функций.

Смысл создания НБИК-центра в Курчатовском и нституте с остоял в том, чтобы сформировать инфра-структурную б азу э той к онверген-ции наук и технологий. Ядро, вокруг которого развивается К урчатовский НБИК-центр, – уникальная ком-бинация МЕГА-установок мирового класса – источников синхротронного излучения и нейтронов. Курчатовский НБИК-центр включает в себя новый нанотехнологический корпус, модер-низированный и реконструированный источник синхротронного излучения, исследовательский нейтронный реак-тор ИР-8, центр обработки и хранения данных на основе суперкомпьюте-ра (рис. 13) . В Курчатовском НБИК-центре сосредоточено уникальное рентгеновское оборудование, атомно-силовые и электронные микроскопы, различные технологические приборы для нанобиотехнологий и микроэлек-троники, зоны чистых комнат и многое другое. Хочу отметить, что существен-ная часть этого уникального оборудо-вания разработана и изготовлена оте-чественными компаниями.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЛАТФОРМЫ КУРЧАТОВСКОГО НБИК-ЦЕНТРАОсновная цель конвергенции четы-рех н аправлений – фо рмирование новой т ехнологической к ультуры, нацеленной в первую очередь на создание гибридных материалов и систем на их основе. Причем речь идет о принципиально новом поко-лении антропоморфных систем био-нического типа, воспроизводящих в конечном итоге конструкции живой природы – биоробототехнические системы. Для этого в К урчатовском НБИК-центре мы создали на учно-технологическую платформу с услов-ным названием «ГИБРИД». На ее примере поясню принцип построе-ния платформы для кон вергентных НБИК-технологий.

В подразделении НБИК-центра под условным названием «гибридные приборы» работают специалисты, хорошо разбирающиеся в у строй-

Рисунок 13

Рисунок 14



стве, эксплуатации приборов опре-деленного типа и назначения (опти-ческих, а кустических и д р.). О ни создают техническое задание на про-ектируемый прибор или устройство. Следующее подразделение, т акже под условным названием «инженер-но-технологический центр», имеет необходимые средства и технологии для практической реализации подго-товленного техзадания. Но главная проблема при разработке «гибрид-ного» материала и прибора связана с соединением технологических воз-можностей микроэлектроники с био-органическими элементами – осно-вой живой природы.

В рамках Курчатовского НБИК-центра нами было сформировано мощное подразделение нанобиотех-нологий, которое включает в себя: генно-инженерную и иммунологи-ческую л аборатории, лаборатории стволовых клеток и клеточных техно-логий и др. Важную связующую роль между биологией и микроэлектро-никой играет кристаллографическое отделение, которое включает в себя синхротронно-нейтронный центр, комплекс д ля ф изико-химических, механических и других исследований различных материалов, кристаллиза-ции белков, а «мостиком» между био-логическим и кристаллографическим подразделениями служит созданная нами «белковая фабрика».

Рассмотрим схематично работу этой части НБИК-инфраструктуры. Например, мы хотим создать опти-ческий сенсор, имитирующий глаз живого о рганизма. С егодня л юбой оптический прибор состоит из детек-тирующей части, как правило, кри-сталлической, обладающей опреде-ленным набором свойств, например спектральной чувствительностью, радиационной стойкостью и т .д., и считывающего устройства (интеграль-ной схемы), которое обрабатывает сигнал (изображение), фиксируемое детектирующей частью. На первом этапе наша задача состоит в том, чтобы заменить эту детектирующую часть, как правило, неорганической природы, на материал биоорганиче-ского п роисхождения. П оследова-тельность технологических операций может быть такова: для использова-ния в качестве детектора конкретного фоточувствительного белка в первую очередь необходимо выделить ген, который клонирует этот определен-ный белок, и затем «вставить» этот ген в некую конструкцию (например E-coli), для того чтобы экспрессиро-

вать (наработать) нужное количество этого белка. Затем наработанный белок проходит стадии различной обработки, очистки и т .д. и далее поступает в конечный сегмент бел-ковой фабрики на кристаллиз ацию. На этой стадии белок превращает-ся в трехмерный (или двумерный) кристалл. При этом кристаллизация может проводиться как в лаборатор-ных условиях, так и в условиях микро-гравитации на космической станции. Затем атомную структуру полученного белкового кристалла расшифровыва-ют с использованием синхротронного излучения (рис. 14), нейтронов и др. Полученные данные обрабатываются с использованием суперкомпьютера – также части НБИК-инфраструктуры. Фоточувствительный белок с хорошо изученной структурой, свойствами и функциями необходимо соединить с твердотельной подложкой, которая в свою очередь должна быть превращена в некий прообраз электронной схемы. Это очень приблизительное, схемати-ческое, но понятное описание исполь-зования НБИК-инфраструктуры для получения гибридных материалов и систем на их основе.

СОЦИОГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ – НОВЫЙ ЭТАП В КОНВЕРГЕНЦИИ НБИКС-ТЕХНОЛОГИЙПомимо перечисленных подразделений в НБИК-инфраструктуру входит: супер-компьютерный центр, медико-биологи-ческое подразделение, подразделение когнитивных исследований и техноло-гий, состоящее из нейрофизиологиче-ского блока и гуманитарной части.

Развивая когнитивные исследова-ния, мы пытаемся реализовать прин-ципиально н овый подход. С о дной стороны, мы изучаем процессы созна-ния с помощью нейрона ук, физио-логии и молекулярной биологии, а с другой стороны, одновременно при-влекаем гуманитариев различных специальностей: философов, пси-хологов, социологов, лингвистов, этнографов и др. Поясню, что, изучая поведение человека или животного в момент принятия решения, мы смо-трим на распространение сигнала по нейронным сетям, возбуждение различных отделов мозга с нейро-физиологических позиций, далее опускаясь на молекулярный уровень. С другой стороны, одновременно мы можем исследовать этот же процесс с помощью гуманитарных технологий, например, изучая поведенческие, речевые, психологические и другие особенности.

Привлечение гуманитарных техно-логий дает нам право говорить о соз-дании новой конвергентной НБИКC-технологии, где «С» – это социальные гуманитарные технологии.

Напомню, ч то п ри с оздании НБИК-инфаструктуры, ставя перед собой цель создания гибридных мате-риалов, мы опирались на эксперимен-тальную базу Курчатовского институ-та, состоящую из МЕГА-установок – специализированного источника СИ и нейтронного реактора, стоимость которых составляет миллионы долла-ров. Но уникальность этого комплекса, дополненного большим количеством исследовательских методик и при-

Рисунок 15



боров, позволила нам сформировать «попутно», без специальных затрат, целый ряд принципиально новых современных исследовательско-техно-логических платформ, крайне важных для прорыва на ключевых направлени-ях научно-технологического развития. Приведу ниже эти платформы.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКО-ТЕХНО-Л О Г И Ч Е С К И Е П Л А Т Ф О Р М Ы ДЛЯ СОЗДАНИЯ:

• Гибридных материалов и систем — соединение наноб иотехнологий с микроэлектроникой (ГИБРИД);

• Генетической базы персональной медицины, этногенетического кар-тографирования, с оздания и скус-ственной клетки как основы прин-ципиально новых медицинских тех-нологий (ГЕНОМ);

• Новых лекарственных препаратов и средств их целевой доставки: меди-ко-биологический комплекс – бел-ковая фабрика — кристаллизация, в том числе в космосе – расшифровка структуры – синхротрон – супер-ЭВМ – синтез препаратов (ЛЕКАР-СТВА – ДИЗАЙН И ДОСТАВКА);

• Новых методов синхротронно-ней-тронной диагностики материалов, неорганических и о рганических (СИН-ДИАГНОСТИКА).

ДЛЯ РАЗРАБОТКИ:

• Когнитивных наук и технологий – синтез нейрофизиологии, молеку-лярной биологии и гуманитарных наук (КОГНО);

• Технологий изотопного материа-ловедения и ядерной медицины – развитие нейтронной и нейтрон-захватной терапии, инновационные радиофармпрепараты, новые мате-риалы (ИЗОТОП), влияние излуче-ний и частиц на живые организмы (БИОРАДИАЦИЯ);

• Перспективных энергетических технологий – создание инноваци-онных технологий производства и потребления энергии, в том числе биоэнергетика, атомная и водород-ная энергетика, солнечная энерге-тика, термоядерный синтез (ЭНЕР-ГОТЕХ);

• Многоуровневого компьютерного моделирования и констру ирования (суперЭВМ).

КОНВЕРГЕНТНОЕ ОБРАЗОВАНИЕВ настоящее время в Курчатовском НБИК-центре мы создаем прообраз производства будущего, включающий в себя уникальное нанобиотехнологи-ческое производство; исследователь-ско-диагностические и технологиче-ские возможности на базе МЕГА-уста-новок – источников синхротронного излучения и нейтронов и космической станции; основные элементы и техно-логии полупроводниковой микроэлек-троники; подразделение когнитивных исследований и разработок, состоящее из нейрофизиологической и гумани-тарной частей.

Все эти чрезвычайно сложные тех-нологии требуют специалистов прин-ципиально нового класса, подготов-ленных уже на междисциплинарной основе. При этом таких междисци-плинарно образованных специалистов не должно быть много, на сегодняш-ний день это, можно сказать, элита научного сообщества (рис. 15). Наш первый опыт подготовки таких уче-ных – совместная кафедра физики наносистем на физическом факульте-те МГУ им. М.В. Ломоносова и РНЦ

Рисунок 16



«КИ», ко торая успешно р аботает с 2005 года. Студент, получив степень бакалавра по одной специальности, затем поступает в магистратуру, где уже нет разделения по специально-стям, а производится «интегрирован-ное» обучение. Поскольку количество читаемых курсов формально превы-шает учебный план, у студентов есть возможность выбора индивидуальной траектории. Студенты нашей кафедры могут работать на уникальном обору-довании и в МГУ, и в РНЦ «Курчатов-ский институт», и в ряде академиче-ских институтов, в первую очередь в И нституте к ристаллографии и м. А.В. Шубникова РАН.

Следующий наш образовательный проект – созданный в мае 2009 года в Московском физико-техническом институте факуль тет нано-, био-, информационных и когнитивных тех-нологий (ФНБИК), не имеющий на сегодня мировых аналогов (рис. 16) . В новой структуре мы постарались наиболее полно реализовать идею непрерывной междисциплинарной подготовки специалистов в области нанотехнологий, конвергентных тех-нологий. Для этого у РНЦ «КИ» есть четыре базовые школы, где занятия по физике и математике ведут наши уче-ные. На новом факультете уже с пер-вого курса идет преподавание химии, биологии, когнитивных наук. Студен-ты факультета имеют возможность не просто прийти посмотреть на НБИК-центр, но и начать здесь работу . Но главное, у них есть возможность полу-чать навыки работы на самом совре-менном оборудовании, работая бок о бок с ведущими учеными, участву я в творческом процессе.

Я думаю, сегодня можно уже с уве-ренностью сказать, что Курчатовский НБИК-центр конвергентных на ук и технологий по праву занимает лидиру-ющие позиции среди ведущих научных центров мира, а для всей российской науки создан серьезный задел, заложе-ны основы для прорыва.

НБИКС-ТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ПРИРО-ДО ПОДОБНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ XXI ВЕКАВ заключение я хотел бы снова вер-нуться к мировому кризису, связанно-му с конечностью используемых ресур-сов, в первую очередь энергетических. Напомню, что у стойчивое развитие цивилизации прежде всего связано с достаточным энергообеспечением.

Качество жизни в конечном итоге определяется количеством потребляе-мой энергии. Именно поэтому сегодня в мире самое пристальное внимание

уделяется вопросам развития энерге-тики. Наряду с традиционной углево-дородной энергетикой активно разви-ваются новые энерготехнологии, пере-живает ренессанс атомная энергетика, большинство развитых стран реали-зуют глобальный проект по созданию международного термоядерного реак-тора ИТЭР – прообраза энергетики будущего (рис. 17).

При этом большое внимание уде-ляется так называемым возобновляе-мым источникам энергии, среди кото-рых особое место занимает солнечная энергетика.

Несмотря на то что возобновляе-мая солнечная энергетика технологи-чески развивается уже многие деся-тилетия и эффективность солнечных элементов существенно выросла, все же солнечная энергетика так и не смогла стать мощным энергетическим ресурсом. Почему же солнечная энер-гетика до сих пор не может стать мощ-ной, адекватной современности энер-готехнологией? Природа использу ет и запасает солнечную энергию через процесс фотосинтеза. В солнечной энергетике мы моделируем этот при-родный процесс переработки солнеч-ной энергии, но вместо недоступной

пока д ля в оспроизведения с ложной биоорганической структуры зеленого листа используем модельную полупро-водниковую структуру.

Но живая природа сама по себе – очень «экономный» пользователь энергии, она правильно самооргани-зована, и ей с лихвой хватает «мало-мощной энергетики фотосинтеза». В нашей современной жизни мы используем искусственно созданные нами машины и механизмы, потребля-ющие колоссальное количество энер-гии. Для их энергоснабжения в прин-ципе не может хватить возможностей экономичных, «при родоподобных» энерготехнологий.

Наряду с развитием и совершен-ствованием существующих технологий перед человечеством стоит сложная и амбициозная задача – создание прин-ципиально новых технологий и систем использования энергии, то есть замена сегодняшнего конечного энергопотре-бителя системами, воспроизводящими объекты живой природы.

Сегодня уже очевидно, что это можно сделать, «запу ская будущее» на базе конвергентных нано-, био-, инфо-, когно-, социогуманитарных (НБИКС) технологий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bainbridge M.S., Roco M.C. // Managing nano-bio infocogno innovations: converging technologies in society. Springer. 2005.

2. Веркор, Коронель // «Квота или «Сторонники изобилия». М: Прогресс, 1970. 3. Ковальчук М.В. // Кристаллография на рубеже веков: итоги и перспективы. Кристаллография. № 44 (6). 1999.4. Ковальчук М.В. // Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика. Вестник Российской

академии наук. № 73 (5). 2003.5. Ковальчук М.В. // Нанотехнологии как новая технологическая революция. Индустрия наносистем и материалы.

Сборник Министерства образования и науки РФ. 2008.

Рисунок 17


исследования и разработки

Лаборатория занимается электронно-зондовой диагностикой изделий, мате-риалов и приборов микроэлектроники. В последние годы микроэлектроника интенсивно переходит в наноэлектро-нику, поэтому исследовательская работа перестраивается на нанообласть. Суще-ственно усложняется контроль и диа-гностика микросхем из-за постоянно уменьшающихся размеров их отдель-ных компонент. Когда-то счет шел на микроны, потом на субмикроны, а теперь – на десятки нанометров. Это в тысячу раз меньше диаметра человече-ского волоса (50 микрон). Например, на больших микросхемах, которые уста-новлены в компьютерных процессорах, размер кристалла составляет несколько миллиметров. А таких элементов там может быть насажено более миллиар-да – и все это на очень малых площадях.

Микросхемы все чаще выполня-ются многослойными – по структу-ре напоминают сандвич. Если вдруг на каком-то слое происходит сбой в работе, то крайне сложно опреде-лить, где именно появился деф ект. Структуры-то непрозрачные. В оптике нельзя увидеть каждый элементик – оптические микроскопы не справля-ются с этой задачей. Но это под силу

растровому электронному микроско-пу, который позволяет увеличить раз-мер изучаемого объекта в 100 тысяч раз. Именно его ученые используют в своих работах. Заглянуть вглубь, под поверхность образца, – основная цель микротомографии («томография» – изображение сечения).

Раньше эту за дачу решали следу-ющим образом: изучали поверхность сканирующим м икроскопом, п отом верхний уровень «спиливали» (хими-ческим травлением или ионными пуч-ками), смотрели второй, третий и т .д. Способ, естественно, разрушающий. Для наглядности профессор Рау про-водит аналогию с медициной: это все равно что в поисках опухоли в орга-низме человека отрезать у него одну за другой части тела.

Позднее группа японских и аме-риканских авторов предложила дру-гой метод. Точнее, они восстановили старый, появившийся на заре скани-рующей микроскопии – лет 40 назад. Суть его сводилась к у скорению до больших энергий электронов, сфо-кусированных в зонд. «Действитель-но, чем больше энергии у первичных электронов, тем они глубже проника-ют под поверхность и несут информа-цию из-под оптически непрозрачной поверхности, – комментирует Эдуард Рау. – Проблема только в том, что при этом детектируются все отражен-ные электроны. Первичный электрон попадает на поверхность, потом идет вглубь, отражается на определенной глубине и выходит обратно – на всем пути, туда и обратно, он собирает информацию н е т олько о т ом с лое, где он отразился, допустим, третьем, но и о первом, и о втором. Все они тоже несут интегральную по глуби-не информацию. Мы действительно видим один или второй слой, но на фоне размытого изображения либо верхних, либо нижних слоев. То есть все наслаивается и дает облачную раз-мытую тень».

В лаборатории профессора Рау пред-ложили другой метод – микротомогра-фический, позволяющий получать более качественное изображение отдельных тонких слоев микроструктуры.

Микротомография в отраженных электронах базируется на детектиро-вании части обратнорассеянных элек-тронов энергий. Энергия отраженных электронов подбирается такой, чтобы соответствовать глубине исследуемо-го слоя микроструктуры. Для анализа электронов ученые использовали ори-гинальный спектрометр с тороидаль-ными электродами. Авторы адаптиро-

Рау Эдуард Иванович, заведующий объединенной лабора-торией по микроскопии и электрон-ной микротомографии, созданной Институтом проблем технологий ми-кроэлектроники РАН и физическим факультетом на кафедре физической электроники МГУ, профессор, доктор физико-математических наук

Представьте небольшую записную книжку – страниц на 10. Каждая заполнена некими значками. Можно ли, не раскрывая ее, прочесть конкретную страницу? Можно, отвечает Эдуард Рау, ведущий науч-ный сотрудник объединенной лаборатории по микроскопии и элек-тронной микротомографии. Под его руководством разработан ори-гинальный способ бесконтактного неразрушающего исследования образцов. Правда, в данном случае речь идет не о записных книжках (этот пример ученый приводит своим студентам для наглядности), а о микроэлектронных устройствах и приборах.

Микросхема как сандвич: что скрывается внутри


исследования и разработки

вали его к растровому микроскопу для получения качественных изображе-ний. В частности, он требует меньших рабочих напряжений, чем анализатор с тормозящим потенциалом, и, главное, позволяет выделять необходимую поло-су энергий электронов из суммарного спектра. Конструкция все го спектро-метра аксиально симметрична с допу-стимыми размерами по окружности и с возможно малыми габаритами по высоте – это необходимо для сохране-ния стандартного рабочего расстояния микроскопа, чтобы не ухудшать его пространственного разрешения.

Электронный зонд микроскопа (на рис. 1 отмечено цифрой 1) скани-рует исследуемую трехмерную микро-структуру (2), помещенную на метал-лический держатель (3). Часть потока отраженных э лектронов п опадает в кольцевую щель спектрометра, после чего эти электроны от клоняются от начальных траекторий в простран-стве между двумя тороидальными электродами (4), на которые подается соответствующее напряжение. Через кольцевую щель дефлектора выходят только те электроны, которые имеют строго определенную энергию, про-порциональную задаваемому напряже-нию. Электроны больших и меньших энергий поглощаются или отсекаются выходной диафрагмой. Электроны, прошедшие через анализа тор, реги-стрируются кольцевым детектором (5). Сигнал с него поступает либо на видеоконтрольное у стройство (8) микроскопа (при регистрировании изображений), либо на персональный компьютер (9) (при регистрировании энергетических спектров отраженных электронов).

Для получения дополнительной информации о распределении потен-циальных барьеров или любых электри-чески активных участков исследуемой структуры осуществляется одновремен-ное детектирование электронно-инду-цированного потенциала на образце. В этом режиме датчиком сигнала слу-жит металлическое кольцо (11), поме-щенное непосредственно между спек-трометром и поверхностью тестируемой

структуры. Этот сигнал поступает на экран микроскопа, формируя кар-тину всех электрически активных фрагментов п олупроводникового кристалла или микросхемы.

Предложенный способ одновре-менного детектирования в растро-вом электронном микроскопе двух

информативных видеосигналов – элек-тронно-индуцированного потенциала и энергетических спектров отраженных электронов – позволяет осуществить визуальный послойный мониторинг как топологического строения микрострук-туры по глубине, так и электрически активных элементов микросхем (рис. 2). Эта диагностика неразрушающая и не требует электромеханических контак-тов для доступа к любым элементам микросхемы, что делает ее пригодной для тестирования и контроля качества изделия на всех технологических эта-пах производства прибора. То есть эти методы пригодны как для тестирования объемного (трехмерного) строения тон-копленочных многослойных микро- и наноструктур, так и для картографиро-вания всех электрически активных эле-ментов исследуемого образца (локаль-ных потенциальных барьеров, дефектов полупроводникового кристалла, распре-деления примесей и скопления реком-бинационных центров).

Разрешение п о г лубине о бъекта при послойной диагностике зависит от строения микроструктуры, энер-гии первичных электронов, энерге-тического разрешения применяемого спектрометра и может достигать еди-ниц нанометров (рис. 3).

Марина Муравьева

Проект «Разработка метода наното-мографии и создание аппаратуры для измерений геометрических па-раметров и топологии нанострук-тур, скрытых под поверхностью» вы-полнялся с 2008 по 2010-й год при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным на-правлениям развития научно-тех-нологического комплекса России на 2007–2012 годы».Рисунок 1. Упрощенная схема

микротомографического прибора

Рисунок 2. На снимках представлен послойный мониторинг нескольких слоев микросхемы «сверху–вниз», то есть изображения сечений трехмерной микроструктуры

Рисунок 3. На рисунке приводится изображение микроструктуры в сканирующем микроскопе (слева) и соответствующие подповерхностные детали (справа), первоначально

скрытые темной пленкой-покрывалом из алюминия толщиной 200 нанометров





Томский государственный университет представляет собой университет исследовательского типа и ведущий инноваци-онный центр науки и образования, отвечающий на совре-менные запросы рынка труда и интегрированный в высоко-технологичные секторы экономики и сферы услуг.

Факультеты, н аучно-исследовательские и нституты, научно-образовательные центры ТГУ совместно с рядом институтов СО РАН активно работают в направлении раз-вития нанотехнологий, реализуя совместно с партнерами научные и образовательные проекты и программы с исполь-зованием современного научного и технологического обо-рудования Томского регионального центра коллективного пользования (ТРЦКП).

Томский региональный центр коллективного пользо-вания создан в 2006 году консорциумом Томского государ-ственного университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) с целью рас-ширения направлений совместной деятельности, выполне-ния крупных поисковых, технологических и инновацион-ных проектов, требующих объединения на учно-техниче-ского потенциала и, в первую очередь, приборного парка наукоемкого оборудования. В настоящее время ТРЦКП объединяет 11 профильных ЦКП и центр «Биотест-На но» Томского государственного университета, ЦКП «Нанотех» и аккредитованную испытательную лабораторию «Металл-тест» ИФПМ СО РАН. Центр ориентирован не только на обеспечение научно-исследовательских работ и педагоги-

ческого процесса, но и на оказание у слуг сторонним орга-низациям, в том числе и в области испытаний различной продукции, включая продукцию наноиндустрии. Для этого в центре имеются соответствующие методики выполнения измерений, метрологически аттестованное оборудование, работу которого обеспечивают высококвалифицирован-ные специалисты-операторы. Метрологическое обеспече-ние работ, проводимых в ТРЦКП, осуществляется Отделом стандартизации, метрологии и контроля качества НИОКР совместно с Отделом координации деятельности ЦКП науч-ного управления ТГУ, которые подчиняются проректору по научной работе ТГУ.

ТРЦКП – испытательный центр Отраслевого отде-ления Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноинду-стрии по направлению «Функциональные наноматериа-лы и высокочистые вещества». ТРЦКП аккредитован как испытательный центр на техническую компетентность в системе аккредитации испытательных лабораторий в соот-ветствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 (Аттестат РОСС RU.0001.22НН07), в системе аккредитации аналитических

ТРЦКП: исследования и подготовка кадров для наноиндустрии

О.В. Бабкина1, Г.Е. Дунаевский1,

И.В. Ивонин1, П.П. Каминский2

1 Томский государственный университет, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36

2 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634055, г. Томск, просп. Академический 2/4E-mail: [email protected]



лабораторий (Аттестат РОСС RU.0001.517686), а также в Системе добровольной сертификации продукции наноинду-стрии «Наносертифика» ГК «Роснанотех» (Аттестат РОСС.RU.В503.04НЖ00.70.04.0026). Центр регулярно участвует в межлабораторных сличительных испытаниях продукции, в том числе продукции наноиндустрии.

Основные функции ТРЦКП в области метрологии и стандартизации:

содействие в разработке и внедрении современных мето-дов и средств измерений; содействие в разработке стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (по закрепленным областям измерений); содействие в разработке и метрологической аттестации методик выполнения испытаний.

С использованием современного оборудования ТРЦКП реализуется ряд крупных проектов:

ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГЛИОКСАЛЯ ПАРОФАЗНЫМ ОКИСЛЕНИЕМ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯТРЦКП принимает активное участие в проектах, выпол-няемых ТГУ по разработке катализаторов для важнейших промышленных процессов глубокой переработки нефти и газа. Одна из успешных разработок – технология получения катализаторов синтеза глиоксаля [1].

Благодаря высокой активности и уникальным свойствам глиоксаль находит широкое применение в производстве бризантных веществ и ракетных топлив, лекарственных препаратов (имидазол, тинидазол, метронидазол, хинок-салин, пиридазон и др.), дезинфицирующих составов и пестицидов, растворов для укрепления почв, гидроразрыва пластов, ремонта скважин, препаратов для очистки газов от серосодержащих соединений, полимеров, низкоток-сичных карбамидных смол, клеев, пленок, наполнителей резиновых изделий, добавок к пластмассам, смолам, основ многих лаковых составов, строительных бетонов, раство-ров для дубления ценных сортов кожи, влагостойких клеев и пластырей, электронных плат и др. Партнеры по данно-му проекту – ООО «Промышленная компания Новохим», ООО «Глиоксаль-Т». Разработанный катализатор превос-ходит по своей активности и сроку службы все зарубежные аналоги, его дейст вие основано на функционировании высокодисперсных частиц серебра и меди, нанесенных на оксидную матрицу. Важная особенность катализатора – его т ермическая стабильность: он может эксплуати ро-ваться при температуре до 700 оС без потери активности.

С применением данного катализатора в Томске запущено первое российское производство глиоксаля мощностью 1000 тонн в год. Кроме проведения на учных исследований и испытаний катализаторов в рамках выполнения проекта ТРЦКП были разработаны и метрологически аттестованы «Методика выполнения измерений массовой доли глиок-саля в водном растворе глиоксаля методом газовой хро-матографии» (СТО ТГУ 060 – 2009, пр. 168 от 16.04.2009, Свидетельство об аттестации МВИ № 224.09.11.038/2009 от 28.04.2009) и стандартный образец состава «Глиоксаль, 40-процентный раствор».

На оборудовании центра коллективного пользования в настоящее время проходят пилотные испытания катализа-торы для процессов синтеза ценных химических полупро-дуктов: глиоксалевой кислоты и пирувальдегида (рис. 1).

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И НАНОСТРУКТУР В КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЛИТЫХ ЗАГОТОВКАХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПЛАВОВ ТИТАНА МЕТОДАМИ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИТехнология интенсивной пластической деформации [2] включает многократное одноосное прессование в выбран-ном температурном режиме с о сменой оси деф ормации и последующую прокатку. Технология позволяет полу-чать пруток титана ВТ1-0 в наноструктурированном или субмикрокристаллическом состояниях при сохранении достаточной пластичности с механическими свойствами, сопоставимыми со свойствами титановых сплавов меди-цинского назначения (ВТ, ВТ16). В отличие от титановых сплавов, пруток ВТ1-0 не содержит легирующих элемен-тов (алюминий, ванадий, молибден), вредных для живо-го организма, что и определяет его преимущества в каче-стве материала для изделий медицинского назначения. В результате опытно-конструкторской работы в рамках про-екта были созданы титановые дентальные имплантаты. Разработка имплантатов проводилась целенаправленно, благодаря инициативе заведующего кафедрой челюстно-лицевой хирургии и стоматологии общей практики Г ОУ

Рисунок 1. Катализатор парофазного окисления этиленгликоля

Рисунок 2. Комплект дентальных винтовых внутрикостных имплантатов из наноструктурированного/ультрамелкозернистого

титана с инструментами и принадлежностями



ДПО НГИУВ Росздрава (г . Новокузнецк) профессора В.К. Поленичкина.

Итогом вышеупомянутых исследований стала раз-работка комплекта дентальных имплантатов из титана с инструментами и принадлежностями (ТУ 942422.001-10), необходимого при проведении хирургических и ортопе-дических процедур. Конструкция имплантатов обеспе-чивает щадящее травмирование челюсти пациента (при выполнении операции имплантации происходит самона-резание костной ткани), первоначальную у стойчивость при введении в костную ткань челюсти, плотный контакт костной ткани с поверхностью имплантата, капиллярное заполнение кровью элементов конструкции, что позво-ляет сократить сроки остеоинтеграции и восстановления здоровья пациента. Клинические испытания показали, что раз работанные импланта ты отвечают пр едъявляе-мым требованиям, имеют хорошие эксплуатационные и функциональные качества, рекомендуются к примене-нию в стоматологической практике на территории РФ и регистрации в ФС по надзору в сфере здравоохранения и социального развития (рис. 2) . После регистрации ком-плекта дентальных имплантатов в Росздравнадзоре пла-нируется организовать их производство в Томске, а также организовать переподготовку врачей-стоматологов в г . Новокузнецке на базе Государственного института усо-вершенствования врачей.

Разработанная технология получения объемных нано-структурированных заготовок в виде прутков и пластин с высоким уровнем физико-механических и эксплуатацион-ных характеристик также может найти применение в каче-стве материала для изготовления элементов конструкций современной техники (например, волноводов магнито-стрикционных ультразвуковых преобразователей) и эффек-тивна при решении прикладных задач машиностроения и авиакосмической промышленности. Развитие этого направ-ления перспективно и для изделий медицинского назначе-ния (в том числе для изготовления деталей иску сственных клапанов сердца).

ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ ТЕРМИЧЕСКИ СТАБИЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДАМИ МАГНЕТРОННО-ИОННОГО СИНТЕЗА В ЕДИНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ЦИКЛЕНа оборудовании ТРЦКП проводятся работы в области материаловедения. С помощью магнетронного реактивно-го распыления металлов и бомбардировки пучками ионов высокой энергии можно синтезировать покрытия с изме-няющимся по глубине структурно-фазовым и химическим составом, так называемые градиентные покрытия [3]. Ниж-ний слой таких покрытий должен обеспечивать хорошее сопряжение с подложкой и высокую несущую способность, верхний – требу емые функциональные характеристики покрытий (твердость, износостойкость, жаростойкость и пр.), средний – служить в качестве переходного связую-щего и обладать высокой релаксационной способностью и достаточной прочностью и вязкостью. Решение этой задачи потребовало проведени я исследования ст руктур-но-фазовых состояний, определения концентрационных профилей элементов и их распределения по толщине нанокомпозитного покрытия, а также их влияния на три-ботехнические и механические свойства покрытий. С дру-гой стороны, нанокристаллическое состояние покрытий неравновесное, что может приводить к изменению свойств в результате релаксации упругих напряжений, роста зерен, фазовых превращений. Для нанесения градиентных нано-структурных покрытий разработан уникальный комплекс

«СПРУТ», и проведены комплексные исследования покры-тий на оборудовании Центра при отработке технологиче-ских режимов (рис. 3).

В рамках выполнения работ получены эксперимен-тальные образцы и выполнены лабораторные стойкост-ные испытания твердосплавных режущих пластин сверл из быстрорежущей стали и проходных резцов с пластинами из твердого сплава с нанесенными слоистыми покрытиями. Ресурс работы после нанесения этих покрытий для твер-досплавных пластин увеличивается в 3–5 раз, различного типа сверл – в 3.5 раза , проходных рез цов – в 2 раза, т.е. разработанные слоистые покрытия должны быть эффек-тивны в качестве защитных покрытий инструментального назначения. Также получены экспериментальные образцы корпусов и головок с нанесенными на их рабочую поверх-ность слоистыми нанокомпозитными покрытиями для рабо-ты комбинированных клапанов компрессоров производства полиэтилена высокого давления. Проведенные эксплуата-ционные испытания показали, что ресурс работы оборудо-вания с использованием обработанных деталей увеличива-ется более чем в 2 раза.

С использованием оборудования центра коллективно-го пользования также реализуются следующие крупные проекты:

создание многопрофильного производства пористых нано-структурных неметаллических неорганических покрытий (проект реализуется совместно ГК «Роснанотех» и З АО «ЭлеСи», создано предприятие ЗАО «МАНЭЛ») [4]; разработка оригинальных технологий полупроводниковых материалов и наноструктур с заданными функциональны-ми свойствами и создание, организация производства и вывод на рынок квантово-чувствительных сенсоров, пре-образователей, элементов, устройств и систем функцио-нальной наноэлектроники широкого назначения (проект реализуется при участии ряда промышленных предпри-

Рисунок 3. Плазменный магнетронно-дуговой комплекс «СПРУТ»



ятий, том числе с ОАО «Научно-исследовательский инсти-тут полупроводниковых приборов»); разработка и реализация серийного производства неоргани-ческих и органических нано- и субмикронных порошков и материалов на их основе пневмоциркуляционными метода-ми с применением самораспространяющегося высокотем-пературного синтеза (проект реализуется совместно с ООО «Научно-производственное объединение «МИПОР») [5]; разработка методологии изучения биобезопасности нано-материалов.

Образовательная деятельность в ТРЦКП организована с использованием современных исследовательских комплек-сов (аналитического и технологического оборудования), отвечающих мировым стандартам по техническим и эксплу-атационным характеристикам приборного парка, и является частью целостной многоуровневой образовательной систе-мы подготовки и переподготовки кадров нового поколения для наноиндустрии [6].

Направления образовательной деятельности ТРЦКП: обеспечение подготовки кадров высшей квалификации и реализация индивидуальных образовательных траек-торий для магистрантов с использованием оборудования ТРЦКП; организация стажировок, курсов и программ повышения квалификации в ТРЦКП научных сотрудников, аспиран-тов, докторантов вузов и на учных учреждений, а также сотрудников других организаций и представителей зару-бежных научных и образовательных организаций. В ЦКП реализуются 9 программ повышения квалификации, по результатам которых выдается удостоверение государ-ственного образца.

По заказу ГК «Роснанотех» разработана и реализована с использованием оборудования ТРЦКП программа профес-сиональной переподготовки «Методы и технологии фор-мирования межфазных границ и наноструктурных неме-таллических полифункциональных покрытий» (520 часов). Программа выполнена в рамках проекта «Разработка и апробация программы опережающей профессиональной переподготовки кадров и учебно-методического комплек-са, ориентированных на инвестиционные проекты ГК «Роснанотех» в области многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганиче-ских покрытий».

На базе ТРЦКП ежегодно проводится Школа-семинар сети центров коллективного пользования научного оборудо-вания «Исследование и метрология наноматериалов».

Первая школа-семинар была организована в ноябре 2008 года в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приори-тетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» и ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». Вторая школа-семинар проводилась в период с 12–16 октября 2009 года в рамках II Международ-

ной конференции с элементами научной школы для молоде-жи «Физика и химия наноматериалов» при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». На этих Шко-лах-семинарах участники прослушали лекции специалистов ведущих фирм-производителей на учного оборудования, посетили мастер-классы и практические занятия с исполь-зованием приборной базы ТРЦКП.

В 2010 году школа приобрела более прикладной харак-тер, была усилена метрологическая составляющая меропри-ятия. Третья школа-семинар прошла в ноябре 2010 года в рамках Всероссийской конференции «Взаимодействие вузов и НИИ с предприятиями в рамках разработки и реализации программ инновационного развития предприятий. На уч-ная и метрологическая поддержка комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства» (8–13 ноября 2010 года). Для участия в мероприятии были пригла-шены представители отделений Центра метрологического обеспечения нанотехнологий и продукции наноинду стрии РФ (ЦМО), специалисты-операторы центров коллектив-ного пользования вузов и академических институтов, а также представители предприятий и вузов, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, – победителей конкурса по Постановлению Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 года. В рамках III школы-семинара традиционно прошли курсы повышения квалификации с использованием современного аналитиче-ского оборудования ЦКП.

Мероприятие стало информационным полем для обме-на мнениями и диску ссий между руководителями отде-лений ЦМО и представителями предприятий реального сектора экономики по вопросам потребности отраслей промышленности РФ в разработке новых стандартных образцов продукции и методик измерений параметров материалов, а также выявления необходимости создания новых нормативно-методических документов, регули-рующих деятельность промышленности, и актуализации действующих. Участие в работе представителей метро ло-гических отделений и центров коллективного пользова-ния, созданных на базе институтов академических на ук и вузов РФ, позволило наладить на учно-технические связи для эффективного использования уникального измери-тельного и испытате льного оборудования и потенциа ла высококвалифицированных научных кадров ЦКП, а также повышения квалификации специалистов ЦКП в области обеспечения единства измерений.

Сегодня Томский региональный центр коллективного пользования – это неотъемлемая часть инфраструктуры подготовки кадров для на уки, высшей школы, реального сектора экономики, развития научных разработок и фунда-ментальных исследований для наноиндустрии, метрологи-ческого обеспечения новых технологий.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Водянкина О.В., Курина Л.Н., Петров Л.А., Князев А.С. Глиоксаль // М.: Академия. 2007. С. 248.2. Шаркеев Ю.П., Поленичкин В.К., Белявская О.А. Перспективы применения ультрамелкозернистого титана в дентальной имплантологии. // Материалы международной научно-

практической конференции «Состояние и перспективы трансплантологии». 8–10 октября 2008 г. Минск: Белорусская наука. 2008. С. 116–118.3. Лотков А.И., Псахье С.Г., Князева А.Г., Коваль Н.Н., Коротаев А.Д. и др. Наноинженерия поверхности. Формирование неравновесных состояний в поверхностных слоях

материалов методами электронно-ионно-плазменных технологий / Рос. АН. Сиб. отд-е. Ин-т физики прочности и материаловедения. Новосибирск: изд-во СО РАН. 2008. С. 276. 4. Мамаев А.И., Мамаева В.А., Бориков В.Н., Дорофеева Т.И. Формирование наноструктурных неметаллических неорганических покрытий путем локализации

высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз: Учеб. пособие. Томск: Изд-во Том ун-та. 2010. С. 360.5. Бирюкова Ю.А., Бузник В.М., Дунаевский Г.Е., Ивнин И.В., Ищенко А.Н., Лернер М.И., Лымарь А.М., Объедков А.Ю., Псахье С.Г., Цветников А.К. Ультрадисперсные и

наноразмерные порошки // Томск. изд. НТЛ. 2009. С. 192.6. Бабкина О.В., Дунаевский Г.Е. Роль ЦКП в подготовке научно-педагогических кадров. Сборник материалов научно-практического совещания «Центры коллективного

пользования научным оборудованием в современном секторе исследований и разработок» под общей редакцией Качака В.В. // Министерство образования и науки. М. 2010. С. 55–57.



Базовая научная организация или вуз, на территории которых располагается ЦКП: Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Соглашение о консорциуме между ТГУ и ИФПМ СО РАН от 27 ноября 2006 года).Год создания ЦКП, номер соответствующего приказа: приказ ректора № 995 от 30 ноября 2006 года.Общая численность сотрудников ЦКП: 68 человек.Количество организаций – пользователей ЦКП в 2007–2009 гг. (по годам): 2007 г. – 23, 2008 г. – 51, 2009 г. – 66, 2010 г.– 78.Руководитель ЦКП: к.х.н. Бабкина Ольга Владимировна.Реквизиты ЦКП: 634050, Томская обл., г. Томск, просп. Ленина, 36, тел./факс: (3822) 53-48-45.E-mail: [email protected]айт: http://ckp.tsu.ru

В структуру ЦКП входят:Томский региональный центр коллективного пользования научным оборудованием (ТРЦКП) объединяет ЦКП «Нанотех» ИФПМ СО РАН и 12 профильных центров со стороны Томского государственного университета:

Томский материаловедческий центр коллективного пользования; ЦКП экологии, генетики и охраны окружающей среды (Экоген); «Центр радиофизических измерений, диагностики и исследо-вания параметров природных и искусственных материалов»; ЦКП «Физика ионосферы и электромагнитная экология»; ЦКП «Нанокомпозит»;

Центр коллективного пользования высокопроизводительны-ми вычислительными ресурсами; ЦКП «Центр проектирования технологических разработок и изделий»; ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем»; Центр коллективного пользования сорбционных и каталити-ческих исследований; Химико-аналитический центр коллективного пользования; ЦКП «Лазерные технологии»; Центр биотестирования безопасности нанотехнологий и наноматериалов «Биотест-Нано».

Перечень оборудования ЦКП (основные единицы): Дилатометр горизонтальный DIL 402PC, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия Термоанализатор синхронный STA409РС, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия Фурье-спектрометр Tensor 27, Bruker Optik GmbH, Германия Спектрофотометр Cary 100, Varian, Inc., Австралия Квадрупольный масс-спектрометр QMS 403 CF Aeolos, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия Спектрофлуориметр СМ2203 с функцией спектрофотометра, ЗАО «Солар», Беларусь Импульсный твердотельный лазер LS-2132UTF, LOTIS TII, Беларусь Рентгенофлуоресцентный спектрометр волнодисперси-онный последовательного действия Shimadzu XRF 1800, Shimadzu, Япония

Томский региональный центр коллективного пользования



Рентгенофлуоресцентный анализатор металлов Альфа-8000 LZX, Innov-X Systems, США Рентгеновский дифрактометр XRD6000, Shimadzu, Япония Универсальная настольная электромеханическая испыта-тельная машина Instron 3369, Instron, США Микроскоп электронный просвечивающий СМ 12, Philips, Нидерланды Установка ионного утонения (оборудование для подготовки проб), Gatan 600, GATAN, США Микроскоп электронный сканирующий Quanta 200 3D с элек-тронным и ионным пучком, FEI Company, США Сканирующий электронный микроскоп SEM 515, Philips, Нидерланды Микроскоп сканирующий зондовый Ntegra (Усовершенство-ванная учебная нанолаборатория), ЗАО «НТ-МДТ», Россия Атомно-силовой микроскоп с вакуумной камерой Solver HV, ЗАО «НТ-МДТ», Россия Микроскоп оптический металлографический BX-51, Olimpus, Япония

Микроскоп оптический металлографический GX-71F, Olimpus, Япония Хромато-масс-спектрометр Thermo Finnigan DSQ-EI/250, Textronica, Швейцария Анализатор многоканальный атомно-эмиссионных спектров МАЭС, Россия Климатическая камера «Тепло, холод, влага», ООО «Волго-град электронмаш», Россия Универсальный твердомер с автоматическим датчиком силы по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу, Duramin-500, Stuers А/S, Дания Автоматический комплекс для измерения микротвердости на базе микротвердомера Duramin-5, Stuers А/S, Дания Полуавтоматический шлифовально-полировальный станок TegraPol-15 с держателем образцов TegraForse-1, Stuers А/S, Дания Настольный прецезионный отрезной станок с регулируемой скоростью Secotom-10, Stuers А/S, Дания Трибометр, работающий по схеме Pin-on-Disk, Tribotechnik, Франция Сервогидравлический универсальный высокоскоростной испытательный стенд Instron 8800 модель VHS 40/50-20, 50 кН, Instron, США Анализатор Malvem Zetasizer Nano-ZS, Malvem, США Анализатор лазерный дифракционный Malvem Mastersizer 2000, Malvem, США Анализатор удельной поверхности и пористости методом физсорбции TriStar 3000, Micromeritics, США Микроскоп инвертированный AxioVert 200 с микроманипу-лятором, Zeiss, Германия Микроскоп Axio Imager Z1 с блоком улучшения контрастно-сти изображения ApoTome, Zeiss, Германия Микроскоп исследовательский Axio Imager A1, Zeiss, Германия Автоклав горизонтальный настольный Tuttnauer модели 2340 МК, Tuttnauer Термостат Binder BD-53, Binder, Германия Автоматическая система капиллярного электрофореза для определения структуры ДНК S-2N, Hitachi, Япония Векторный анализатор цепей Е8363В, Agilent Technologies, США Измеритель модуля передачи и отражения Р2М-04, ООО «Микран», Россия Измеритель модуля передачи и отражения Р2М-04, ООО «Микран», Россия Спектрометр субмиллиметровый МАСС–4, Центральное кон-структорское бюро уникального приборостроения, Россия Ионозонд – Диназонд, Scion Associates Inc., США Двухканальный магнитометрический комплекс, LEMI, Украина Цифровая магнитовариационная станция, ИЗМИРАН, Россия Стандарт частоты и времени водородный VCH-1006, ЗАО «Время-Ч», Россия

»nanorf.ruн о в о с т и • а н а л и т и к а • к а р ь е р а



16-канальный анализатор спектра А17-U16, ЗАО «Электрон-ные технологии и метеорологические системы – ЗЭТ», Россия Дифференциальный микробарометр (3 шт), ИЗМИРАН, Россия Станция мониторирования Protocol FlexNet Acuity, Welch Allyn США Монитор измерения артериального давления и частоты пульса (2 шт.), ООО «Петр Телегин», Россия Холтеровский монитор ЭКГ (3 шт.), ООО «Валента», Россия Комплекс аппаратно-программный электроэнцефалографи-ческий «Мицар ЭЭГ-03/35-201» (2 шт.), ООО «Мицар», Россия Комплект приборов «Циклон-05М», Зав. № 1017, № 1017, № 1073, № 1174, ФГУП «НПП «Циклон-Тест»», Россия Портативный счетчик аэроионов «МАС-01», ООО «НТТМ-Защита», Россия Вычислительный кластер СКИФ Cyberia, НРС-0011025-001, Т-Платформы, США Система рентгеновского энергодисперсионного микро-анализа Oxford INCA Energy350, Oxford Instruments, Велико-британия Электронный микроскопом VEGA II LMU, Tescan, Чехия Оптический поляризационный микроскоп, Leica, Германия Цветная цифровая камера высокого разрешения DFC280 R2, Olimpus, Япония Рентгено-флуоресцентный энергодисперсионный спектро-метр Oxford ED-2000, Oxford Instruments, Великобритания Квадрупольный ICP MS – спектрометр серии Agilent 7500 с системой лазерной абляции New Wave UP213A/F, Agilent Technologies Inc., США Термоанализатор синхронный STA409РС, Netzsch-Geratebau GmbH, Германия Лабораторный комплекс для подготовки проб к спектраль-ному анализу, MilleStone, Германия Газовый анализатор высокого давления High Pressure Anelizers QMS 300, Stanford Research System, США Хроматограф Кристалл 5000 (4 шт.), ЗАО СКБ «Хроматэк», Россия Установка для определения срока службы каталитических систем окислительных процессов, ООО «Кварта», Россия Лабораторный каталитический комплекс, Россия Анализатор удельной поверхности и пористости Tristar 3020, Micromeritics, США Ротационный испаритель Laborota 4003 Анализатор хемосорбции ChemiSorb 2750, Micromeritics, США Термостат Huber, Германия Каталитическая установка для исследований процессов в условиях повышенных давлений, ООО «Катакон», Россия Титратор DL 15, Matler-Toledo AG, Analytical, Швейцария Стенд лабораторный испытательный, Россия Жидкостной хроматограф Agilent LC1200, Agilent Technologes, США Атомно-эмиссионный спектрометр «Гранд» с многоканаль-ным анализатором эмиссионных спектров, ООО ВМК Опто-электроника, Россия Раман-Фурье-спектрометр Nicolet NXR 9650, Thermo Electron Corp., США ИК-Фурье спектрометр Nicolet 6700 с ИК-микроскопом, Thermo Electron Corp., США Спектрометр УФ- и видимой области спектра Evolution-600, Thermo Electron Corp., США Атомно-абсорбционный спектрофотометр SOLAAR S2, SOLAAR, США Спектрофлуориметр RF-5301 PC, Shimatzu, Япония Ультрацентрифуга Allegra 64R, Beckman Coulter, США Лабораторная установка для экспериментального исследо-вания процессов лазерной резонансной абляции, ТГУ, Россия

Лазерный комплекс с дискретной и непрерывной длиной волны «LITT-DYE», ООО «ЛИТТ», Россия Мутномер портативный HACH 2100P, Hach, США Ламинарный шкаф Purifi er Logic II класса биологической защиты, Labronco Corp., США Сухожаровой стерилизатор MOV 212S, Sanyo Electric Co., Ltd., Япония Бокс защитный 6БП-10ОС, № 2, Россия Ультразвуковой гомогенизатор HD2200, Bandelin, Германия, Звукозащитный бокс для гомогенизатора LS 7, Bandelin Германия Прибор «Концентратомер Биотестер-2», Спектр-М, Россия Спектрофлуориметр RF-5301PC, Shimatzu, Япония Центрифуга Элекон-02, № 0004-04, Элекон-М, Россия Климатостат Р2, № 02010117, Омикрон, Россия Камера климатическая MLR-351, Sanyo Electric Co., Ltd., Япония Микробиологический инкубатор MIR-162 (3 шт.), Sanyo Electric Co., Ltd., Япония Культиватор водорослей многокюветный КВМ-05 (5 шт.), Оми-крон, Россия Оборудование ЦКП «Нанотех» Оптический интерференционный профилометр New View 6200, Zyga, Германия Комплекс для аттестации структуры материалов Nanotest 600 (Нанотвердомер), Micro materials, Великобритания Прибор для измерения средних размеров частиц CPS Disc Centrifuges, CPS Instruments, Inc., США Анализатор удельной поверхности «МЕТА», ЗАО «МЕТА», Россия Рентгенофлуоресцентный спектральный анализатор S4 Pioneer, Bruker, Германия Оптический микроскоп AXIOVERT-200MAT, Zeiss, Германия Рентгеновский дифрактометр «ДРОН-07», Буревестник, Россия Растровый электронный микроскоп LEO EVO 50, Zeiss, Германия Измеритель напряжений в тонких пленках FLX-2320-S Film Stress Measurement System, Toho Technology Corporation, Япония Испытательная машина INSTRON 5582, США Шлифовально-полировальный станок MECAPOL P 230, Zeiss, Германия Микроскоп Solver P47H мультимодовый сканирующий зондо-вый, NT-MDT, Россия Универсальная испытательная машина LFM-125, Walter+Bai AG, Швейцария



Услуги, оказываемые ЦКП: проведение структурных исследований металлических, полупроводниковых, керамических, полимерных материа-лов методами просвечивающей электронной микроскопии и просвечивающей растровой электронной микроскопии; проведение исследований поверхности металлических, полупроводниковых, керамических, полимерных и биологи-ческих материалов методами растровой электронной и атом-но-силовой микроскопии; рентгеноструктурный анализ объемных материалов и тонких пленок; оптическая металлография; исследования элементного состава и пространственного распределения элементов по объему образцов методами рентгеноспектрального анализа; химический анализ объектов окружающей среды, медицин-ских препаратов и сложных природных объектов органиче-ского и неорганического происхождения; определение каталитической активности твердофазных катализаторов в широком спектре газофазных реакций, хро-матографический анализ газо- и жидкофазных сред; поста-новка хроматографических анализов; измерение температурных зависимостей комплексных зна-чений магнитной и диэлектрической проницаемости конден-сированных сред в диапазоне частот до 100 ГГц; измерения влажности: нефти, спирта, устойчивого увядания растений, сыпучих материалов, грунта, почв и почвенных вытяжек, таблеточной массы, табака, шихты, бумаги; измерение почвенных гидрологических констант, электро-физических характеристик биологических тканей; измерение магнитных свойств ферритов: намагниченно-сти насыщения, констант анизотропии, параметров петли гистерезиса, спектров магнитной проницаемости (есте-ственный ферромагнитный резонанс, резонанс доменных границ); измерение амплитудно-частотных характеристик СВЧ-устройств различного назначения; томография сред с поглощением;

дистанционное исследование лесного покрова Земли; диагностика радиоактивности; установление природы и количества химических компонен-тов, присутствующих в различных системах: металлы, поли-меры, керамика и композиты на их основе, а также объекты окружающей среды; приготовление, световая микрофотосъемка и микрометри-ческие измерения цитологических препаратов. Микрофото-съемка методами темного поля, DIC-контраста (микроскопия неокрашенных препаратов); работа с нуклеиновыми кислотами: амплификация, электро-форез в агарозном геле, векторное клонирование; приготовление хромосомно- и район-специфичных ДНК-библиотек методом микродиссекции на основе цитологи-ческих препаратов хромосом. Проведение флуоресцентной in-situ-гибридизации с использованием полученных ДНК-библиотек; иммунохимическое окрашивание цитологических объектов флуоресцентными носителями с последующим микрофото-графированием препаратов. Получение трехмерных микро-фотографий флуоресцентно окрашенных объектов (цитоло-гических препаратов) при помощи системы улучшения каче-ства изображения Apo Tome; оперативное представление данных в Росгидромет, еже-часные ионосферные данные в стандарте URSi; проведение циклов измерений уникальных событий на Солнце и в около-земном космическом пространстве; измерение уровня электромагнитных полей в диапазоне промышленных частот в стационарных, полевых и передвиж-ных условиях; поверка стандартов частоты, измерение частотной и фазо-вой стабильности сигналов с помощью пассивного водород-ного стандарта частоты и времени; измерение и анализ производственных шумов, цифровых сигналов; контроль состояния человека в сложных производственных условиях; аттестация рабочих мест.

Наши подписчики: «Известия», «Вокруг cвета», «МК» и другие федеральные СМИ

Над чем работают российские ученые? Мы ждем новостей из первых рук. Присылайте пресс-релизы, свежие научные статьи, доклады

ИнформНаукаагентство научной информации

10 летна рынкенаучно-технической информации* * *

http://www.strf.ru, раздел Информнаука

+7 (495) 930-88-50, 930-87-07 e-mail: [email protected]


в мире нано

Экспертиза инновационных проектов: нанотехнологии

Согласно Постановлению № 219 Пра-вительства РФ, важная составляю-щая инновационной инфраструкту-ры – проведение научно-технической экспертизы в сфере трансфера техно-логий с привлечением российских и иностранных экспертов.

Серьезные шаги к созданию цен-тра научно-технической экспертизы были предприняты в НИУ МФТИ, где эту деятельность ставят в ряд при-оритетных н аправлений р азвития института.

Существенный импульс в раз-витии научно-технической и инно-вационной инфраструктуры МФТИ был получен в резуль тате выполне-ния МФТИ инновационной образо-вательной программы «На укоемкие технологии и экономика инноваций в 2006–2007 годах». В рамках програм-мы созданы на учно-исследователь-ские структуры, деятельность которых позволила увеличить объем выпол-няемых исследований и изменить их структуру в сторону существенного увеличения доли ОКР. Сегодня в вузе функционирует 47 на учно-исследо-вательских структур (лабораторий и центров), к числу которых относятся научно-образовательные центры и учебно-научные лаборатории. Сре-ди сотрудников института 670 имеют степень доктора наук, 824 – степень кандидат наук.

В 2 009 г оду М ФТИ в р езультате открытого конкурса получил стату с национального и сследовательско-

го университета. В последние годы МФТИ активно проводит работу по адаптации «Системы Физтеха» для решения задач партнерства на уки, образования и бизнеса. В институте реализуется около 30 образователь-ных проектов (общая численность студентов и аспирантов в этих про-ектах свыше 500 человек) для реше-ния таких задач на основе отработки новых форм взаимодействия с компа-ниями, успешно функционирующими на рынке высоких технологий.

В 2008–2009 годах сотрудники МФТИ уже участвовали в эксперти-зе проектов РФФИ, ГК «Роснанотех» и др. Использование экспертного потенциала Физтеха и его базовых организаций в оценке венчурных про-ектов для ведущих фондов и управ-ляющих компаний – перспективное направление работы инновационной инфраструктуры МФТИ.

В настоящее время институт полу-чил право проведения научно-тех-нической экспертизы венчурных инвестиционных проектов в сфере нанотехнологий для Закрытого акци-онерного общества «У правляющая компания «Тройка Диалог».

Координация экспертных проце-дур в МФТИ закреплена за Центром развития инновационной инфра-структуры под руководством к.т .н. А.А. Муравьева. Э то подразделение уже в течение двух лет успешно ведет работу по развитию и сопровождению проектов, а также координирует дея-

тельность экспертных групп в рамках разработки проектов технологических платформ.

К проекту НТЭ для ЗАО «Управ-ляющая компания «Тройка Диалог» были привлечены ведущие ученые из таких академических институтов, как ФИАН, ИСАН, ИБХ и государствен-ного научного института ТРИНИТИ. За 2010 год в рамках этого договора были проведены 3 этапа экспертизы для 2 проектов и предварительная экспертиза 1 проекта. К проведе-нию экспертизы в роли координато-ров были привлечены 5 сотрудников МФТИ, имеющих ученую степень доктора наук, индекс цитирова-ния работ более 400 в соответствии с базой Web of Science, состоящих в российской базе «Корпус экспертов по естественным наукам» и ведущих в настоящее время активную на учно-исследовательскую деятельность в следующих областях:

• функциональные нано-материалы;

• высокодисперсные, высоко-пористые и другие материалы, выключающие субмикронные фрагменты;

• наноэлектроника: физические принципы и объекты новой цифровой наноэлектроники;

• объекты для квантовых вычисле-ний и квантовых телекоммуни-каций;

• наноэлектронные источники и детекторы;

• нанофотоника и коротковолно-вая нелинейная оптика;

• сенсоры на основе наноструктур и наноматериалов;

• бионанотехнологии; • наномедицина и диагностика; • микро- и наномеханика, нано-

трибология и нанофлюидика. Интерес, проявленный учеными с

мировым именем к этому проекту, и их готовность стать на учными коор-динаторами и экспертами неслучай-ны – ведь со временем становится все более очевидно, что подобная форма взаимодействия – одна из ключевых точек соприкосновения интересов инновационной экономики и фунда-ментальной науки. Всего же в соот-ветствии с заключенным Договором до ноября 2011 года МФТИ проведет предварительную экспертизу 40 про-ектов и детальную экспертизу 8 про-ектов, а стоимость оказанных у слуг составит 8.5 млн руб.

По материалам пресс-службы Инновационного центра МФТИ

Игн

ат С

олов

ей



I Всероссийская школа-семинар сту-дентов, аспирантов и молодых ученых (до 35 лет) по тематическому направле-нию деятельности национальной нано-технологической сети «Функциональ-ные наноматериалы для космической техники», организованная при финан-совой поддержке Министерства обра-зования и науки РФ (государственный контракт № 16.647.12.2002), состоялась 1–3 декабря 2010 г. в Московском госу-дарственном институте электроники и математики (техническом университе-те) – МИЭМ. Председатель организа-ционного комитета Школы-семинара – и.о. ректора МИЭМ д.т.н., профессор В.П. Кулагин.

Цель Школы-семинара – повы-шение качества подготовки и уровня квалификации студентов, аспирантов и молодых ученых в области тематиче-ского направления деятельности наци-ональной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы для космической техники» на основе орга-низации взаимного конструктивного обмена мнениями, данными и знания-ми о состоянии и тенденциях развития данного направления.

В работе Школы-семинара приняли участие более 100 студентов, аспиран-тов и молодых уч еных из вузовских,

академических и отраслевых организа-ций семи регионов Российской Феде-рации (Москва, Московская область, Санкт-Петербург, С амара, С аратов, Калуга, Кострома). Программа школы-семинара включала в себя выступле-ния с докладами и лекциями ведущих ученых и представителей реального сектора экономики по данному тема-тическому направлению, проведение мастер-классов и семинаров с элемен-тами инженерного тренинга преподава-телями МИЭМ и других организаций.

На п ленарном з аседании в ысту-пили с докладами Л. Новиков (НИИ ядерной физики им. Д. Кобельцына) «Наноматериалы и нанотехнологии в космонавтике», В. Ковалев (МГУ им. М.В. Ломоносова) «Моделирование физико-химических процессов и тече-ний в микро- и наноструктурах», А. Жуков (Российская корпорация ракет-но-космического приборостроения и информационных систем») «Про-блемы применения функциональных материалов при создании перспектив-ных изделий космической техники». Их сообщения были посвящены оцен-ке тенденций и базовых направлений развития исследований поведения материалов в космосе, технологий соз-дания и применения функциональных

наноматериалов в космической техни-ке в России и в мире.

В частности, в докладе Л. Новико-ва был представлен обобщенный про-гноз развития (на 20 лет) космических нанотехнологий и внедрения наномате-риалов в космическую технику. В соот-ветствии с представленной прогности-ческой схемой, в ближайшие годы (до 5 лет) ожидается появление и начало практического применения несколь-ких классов наноматериалов. Прежде всего речь идет о новых конструкцион-ных материалах на основе наночастиц и нанотрубок, которые позволят рез-ко снизить вес космического аппарата без ущерба для его прочности. Другое успешно развиваемое направление – наноэлектроника с использованием углеродных нанотрубок и иных нано-структур. В дальнейшем планируется создание стойких к воздействию кос-мической радиации молекулярных ком-пьютеров и биокомпьютеров, реализа-ция проекта строительства «космиче-ского лифта» на основе сверхпрочного троса (изготовленного, как ожидается, из жгутов углеродных нанотрубок) про-тяженностью от земной поверхности до геостационарной орбиты, разработка биосенсоров, использующих эффект «молекулярного распознавания», соз-дание сенсорных сетей для диагностики состояния среды в окрестности Земли и других планет, а также систем наноробо-тов, способных выполнять масштабные работы в космосе. Было отмечено, что для успешной реализации перспектив-ных программ развития космических нанотехнологий и внедрения нанома -териалов в космическую технику еще предстоит решить целый ряд сложных фундаментальных и прикладных задач, связанных с созданием новых уникаль-ных наноматериалов с необходимыми для их применения в космической тех-нике свойствами, а также с изучением поведения наноматериалов и изделий на их основе в у словиях космического пространства. Для решения этих задач необходимо создать физико-матема-тические модели, адекватно описыва-ющие структурные особенности нано-

I Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные наноматериалы для космической техники»

Заместитель председателя оргкомитета Школы-семинара Г.Г. Бондаренко

Idah

o N

atio

nal L

abor

ator

y



материалов и механизмы воздействия факторов космического пространства различной природы на наноструктуры, разработать технологические и испы-тательные установки нового поколения для производства наноматериалов и исследования изменения их свойств в космической среде, подготовить и про-вести космические эксперименты по тестированию наноматериалов и изго-товленных из них изделий. При этом одна из важнейших задач, от решения которой во многом зависит у спех раз-вития работ в данной области, – это подготовка специалистов, обладающих необходимым комплексом знаний и практических навыков.

Весьма информативной для участ-ников школы-семинара была лекция Б. Ишханова (МГУ им. М.В. Ломоно-сова) «Физические у словия в к осми-ческом пространстве». В ней в яркой и популярной форме были изложены сведения о составе и основных параме-трах космического излучения, радиаци-онных поясах Земли, магнитосферной плазме, солнечном ветре; кроме того, был дан обзор результатов исследова-ний космической радиации на станции «Мир», Международной космической станции (МКС), искусственных спут-никах Земли серий «Молния», «Г ло-насс», «Горизонт», «Экспресс» и др.

Важной составляющей образова-тельной программы Школы-семина-ра стало проведение мастер-класс ов: «Углеродсодержащие наноструктуры как основа функциональных нанома-териалов для космической техники» (В. Рыбалко, МИЭМ), «Основы мето-дов получения наноструктур и поли-мерных нанокомпозитов для исполь-зования в качестве функциональных материалов космической техники» (Н. Чеченин, НИИ ядерной физики МГУ), «Рентгеновская рефлектометрия – уни-версальный метод определения пара-метров сверхгладких поверхностей, наноразмерных пленок и многослой-ных структур на их основе» (И. Смир-нов, МИЭМ), «Основы технологии CUDA» (А. Казеннов, МФТИ). Основ-ная задача мастер-классов – познако-мить студентов, аспирантов и молодых ученых с основами создания и техно-логий получения наноматериалов, их возможностями и перспективами для использования в космической технике, сформировать и расширить у участни-ков Школы-семинара представление о физических явлениях, лежащих в осно-ве поведения разработанных к насто-ящему времени наноразмерных объ-ектов, функциональных материалов, технологических процессах их полу-

чения, формирования и изготовления структур для космичес кой техники, физических принципах их эксплуата -ции в условиях космической среды, а также их физико-химических харак-теристиках, дать участникам школы-семинара сведения об особенностях применения наномодифицированных функциональных материалов в косми-ческой технике.

Полезные п рактические н авыки использования современных методик исследования наноматериалов были получены мо лодыми участникам и Школы-семинара в п роцессе с еми-нарских занятий с элементами инже-нерного тренинга: «Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании поверхностной структуры материала» (Б. Львов, А. Николаевский, МИЭМ), «Молекулярно-динамическое модели-рование конденсированных сред с при-менением графических у скорителей» (И. Морозов, Институт высоких темпе-ратур РАН).

На секционных заседаниях были заслушаны доклады студентов, аспи-рантов и молодых ученых по направле-ниям: физические основы воздействия факторов космического пространства на материалы; математическое моделиро-вание наноструктур; основы создания и технологии получения функциональных наноматериалов для космической тех-ники; перспективные функциональные наноматериалы для космической техни-ки. Среди вопросов, которым уделялось особое внимание, можно отметить следу-ющие: деградация оптических элементов космического аппарата при воздействии потока высокоскоростных частиц; иссле-

дование элементного состава микроме-теороидов и частиц космического мусора с помощью пленочных структур; поли-мерные композиции на основе термо-пластичного полиимида с повышенной устойчивостью к воздействию атомарно-го кислорода; полимерные нанокомпо-зиты для систем радиационной защиты космических аппаратов; радиационно-индуцированные изменения углерод-углеродных волоконных материалов; упругие и электронные свойства моди-фицированного графена – графана; перспективные жаростойкие наномате-риалы в ракетно-космической технике; моделирование воздействия ионизиру-ющих излучений на МДП-структуры с наноразмерными диэлектрическими пленками; повышение инжекционной и р адиационной с тойкости н анораз-мерных диэлектрических пленок МДП-приборов; расчет тепловых деформаций и напряжений в многослойных нано-структурах оптических узлов для косми-ческой техники и др.

Информация о Школе-семина ре размещена на специально созданном для освещения ее работы веб-сайте www.schs.miem.edu.ru и федеральном интернет-портале «Нанотехнологии и наноматериалы».

В мае 2011 года в Московском госу-дарственном институте электроники и математики (техническом университе-те) – МИЭМ, в соответствии с задани-ем Министерства образования и науки РФ, будет организована II Всероссий-ская школа-семинар студентов, аспи-рантов и молодых ученых «Функцио-нальные наноматериалы для космиче-ской техники».

Arg

onne

Nat

iona

l Lab

orat

ory



II ЕЖЕГОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ И ВЫСТАВКА «НАНОТЕХНОЛОГИИ В ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

Министерство образования и науки РФ, Министерство промышленно-сти и торговли РФ, ГК «Роснанотехнологии», Нанотехнологическое об-щество России и Московский государственный текстильный универ-ситет им. А.Н. Косыгина с 12 по 14 апреля 2011 г. в МГТУ имени А.Н. Ко-сыгина проводят II Ежегодную научно-практическую конференцию и выставку «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности».

Пленарные заказные доклады будут представлены 12 апреля 2011 г. с 10:00 до 13:00. Одновременно в информационно-выставочном центре ву-за с 12 по 14 апреля 2011 г. пройдет выставочная сессия с представлением новейших достижений в области наноматериалов и нанотехнологий в тек-

стильной и легкой промышленности и смежных с ними облас тях, а также будут представлены стендовые доклады участников. В работе конферен-ции и выставки примут участие представители министерств, высших учеб-ных заведений, академических и отраслевых научно-исследовательских ин-ститутов, научно-производственных фирм и промышленных предприятий.

Контакты:Тел. (495) 955-35-42, 8-903-169-32-93 – Градсков Владимир Николаевич (куратор мероприятия)E-mail: gvn@staff .msta.ac.ru, [email protected]

IV ШКОЛА «МЕТРОЛОГИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ И НАНОИНДУСТРИИ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ»

ГК «Роснанотех», Федеральное агентство по техническому регулирова-нию и метрологии и Сибирское отделение РАН в период с 25 по 29 апре-ля 2011 г. в Новосибирском научном центре проведут IV Школу «Метро-логия и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии. Функцио-нальные наноматериалы».

Цель Школы — повышение квалификации специалистов компаний на-ноиндустрии, центров коллективного пользования, испытательных цен-тров и лабораторий в области метрологического обеспечения произ-водств, испытаний продукции наноиндустрии и стандартизации.

Программа Школы будет включать лекции, устные и стендовые до-клады. Также в рамках Школы будут представлены презентации совре-менного исследовательского и метрологического оборудования для на-ноиндустрии от ведущих производителей.

Научные направления Школы:Работа Школы пройдет в рамк ах последовательно действующих сек-ций по направлениям: • Измерительные и испытательные возможности национальной нано-

технологической сети. Потребности компаний наноиндустрии РФ в развитии базы актуальных методик и стандартов

• Методы контроля технологических процессов получения и характери-зации функциональных наноматериалов:

a) дисперсные наноматериалы (нанопорошки, нанотрубки, катали-заторы, ансамбли нанообъектов и др.);

б) объемные наноструктурные материалы (нанокомпозиты, пори-стые наноматериалы, нанокерамика и др.);

в) наноструктурированные покрытия; г) тонкие пленки (гетероструктуры, сенсоры, и др.).

Контакты:По вопросам регистрации и участия в Школе: Замулина Татьяна Владимировна Тел./факс: (383) 330-62-97 E-mail: [email protected]

По общим вопросам: Сухарев Валентин Сергеевич Тел.: (495) 988-53-88, доб. 1566 E-mail: [email protected]

Источник: http://conf.nsc.ru/nanomet-2011/invitation

VII ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ИННОВАТИКА–2011» С ЭЛЕМЕНТАМИ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ ДЛЯ МОЛОДЕЖИ

В Томске с 19 по 22 апреля пройдет VII Всероссийская научно-практи-ческая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Инно-ватика–2011» с элементами научной школы для молодежи.

Научные направления конференции:• Инновационные технологии• Коммерциализация результатов интеллектуальной деятельности и

правовая защита • Инновационная деятельность и патентно-информационные исследования

• Инновационное предпринимательство • Информационные технологии в инновационной деятельности• Управление качеством• Управление инновациями• Социальная инноватика

Контакты: Оргкомитет конференции «Инноватика–2011»: тел. (3822)52-94-98, факс (3822) 52-98-23, http://tic.tsu.ru

II ВСЕРОССИЙСКАЯ ШКОЛА-СЕМИНАР СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ТЕМАТИЧЕСКОМУ НАПРАВЛЕНИЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НАЦИОНАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕТИ

«ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ»НИЯУ «МИФИ» 26–28 апреля 2011 г. проводит II Всероссийскую школу-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по те-матическому направлению деятельности национальной нанотех-нологической сети «Функциональные наноматериалы для энерге-тики» в рамках направления 2 Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федера-ции на 2008–2011 годы».

Цель данного мероприятия – повысить качество подготовки и уровня квалификации студентов, аспирантов и молодых ученых в об-ласти тематического направления деятельности национальной нано-технологической сети (далее – ННС) «Функциональные наноматери-алы для энергетики» путем организации взаимного конструктивно-го обмена мнениями, данными и знаниями о состоянии и тенденциях развития науки и технологий.

Материалы, созданные в процессе выполнения работы, будут ис-пользованы в учебном процессе при обучении тематическому направле-нию развития ННС «Функциональные наноматериалы для энергетики».

Аналитическая информация, полученная по результатам подго-товки и проведения школ-семинаров, может быть использована для принятия управленческих решений при реализации президентской инициативы «Стратегия развития наноиндустрии».

Контакты: Для заявок: Е-mail: [email protected] (тел. +7 (495) 788-56-99 доб. 98-01)По общим вопросам: Председатель технического комитета Каргин Николай Ивановичтел. +7 (495) 788-56-99, доб. 81-46, e-mail: [email protected]

Documents

Российские нанотехнологии # 1-2 2011