Наука и технологии России

Вход Регистрация

СтеклОборатория

Как из стекла создать микросферы для лечения рака печени, ленты для солнечных батарей, обтекатели баллистических ракет и составные части лазерных установок, выясняли наши корреспонденты в Международной лаборатории Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева.

РХТУ Международная лаборатория расположилась в корпусе вуза на северо-западе столицы. Во внутреннем дворе – почти что левитановские пейзажи

Кисть, интеграл и скрипичный ключ

«В технологии стекла и керамики сочетаются техника и искусство, а в самом материале и изделиях из него мы находим прозу и поэзию, пищу для ума и сердца», – говорил Исаак Китайгородский, создавший 80 лет назад в Менделеевке кафедру химической технологии стекла и ситаллов (на Западе их называют стеклокерамикой). Он был неравнодушен к живописи и музыке, в юности даже колебался, пианистом стать или учёным. Его преемники на должности руководителя кафедры унаследовали трепетные чувства к искусству. Не так давно ушедший из жизни академик РАН Павел Саркисов организовал в университете целый музыкальный клуб. Благодаря учёному почётными докторами РХТУ стали Хосе Карерас, Монсеррат Кабалье, Ирина Архипова, Галина Вишневская.

Нынешний завкафедрой Владимир Сигаев беседует с нами за антикварным столом под автопортретом Китайгородского и грозится, если не станет скучно, напеть от первого до последнего такта «Евгения Онегина», «Пиковую даму» или «Фауста».

Владимир_Сигаев Вместо розовых очков Владимир Сигаев глядит на мир сквозь стеклокерамику, изготовленную в собственной лаборатории

Три года назад на базе кафедры возникла Международная лаборатория функциональных материалов на основе стекла. Её возглавляет Альберто Палеари, профессор кафедры экспериментальной физики Университета Милана – Бикокка, двукратный победитель конкурса мегагрантов. Он вряд ли смотрел кинокомедию «Приключения итальянцев в России», но своё пребывание в нашей стране именует не иначе как adventure.


Альберто Палеари повествует о Международной лаборатории функциональных материалов на основе стекла в РХТУ имени Менделеева

Тигельки и тигли

– Три года назад здесь была обычная университетская лаборатория – и всё! А теперь мы можем варить очень хорошие и очень чистые стёкла! – восклицает Владимир Сигаев, демонстрируя комплексы для варки и выработки стёкол с объёмом тигля до 10 литров и температурой варки до 1650 ºС. За ними трудится главный технолог лаборатории Виталий Савинков, гражданин Украины (таким образом, международное сотрудничество простирается не только в Европу, но и на ближайших соседей по СНГ).

Виталий_Савинков Виталий Савинков не боится глядеть на раскалённый тигель

Он рассказывает о логике лабораторных исследований:

– Вначале студенты варят стёклышки в тигельках по 10 миллилитров. Например, мы изучаем люминесценцию. Добавляем в стекло, скажем, от 0,01% до 1% оксида никеля и смотрим, как меняются свойства. Если какой-то состав покажется интересным, мы берём платиновый тигель объёмом 300 миллилитров. Почему платиновый? Чтобы не образовалась реакционная зона на границе расплав–тигель. Если получилось хорошее стекло, значит, можно переходить на тигель в несколько литров. Это уже близко к опытно-промышленному производству. А потом уж и до завода недалеко – там используют тигли в 50 литров или много больше. Мы разработали и запатентовали серию лазерных стёкол, стекло с невероятно большой магнитооптической добротностью, некоторые светофильтры, стёкла с высокой кубической нелинейностью… Это позволяет нам тесно сотрудничать с замечательным Лыткаринским заводом оптического стекла. Так что от 10 миллилитров до 100 литров не так и далеко!

Тигль Комплекс с десятилитровым тиглем позволяет наладить опытно-промышленное производство прямо в вузе

Стекло для полёта

Ещё в Менделеевке разработали и внедрили технологию вытягивания ленты из радиационно стойкого стекла повышенной механической прочности для солнечных батарей и термоизоляции космических аппаратов, и сейчас лаборатория выполняет заказы для космической отрасли. А в планах – радикальное изменение и состава стекла, и способа его упрочнения.

Лента_для_Роскосмоса Впоследствии ленту режут на квадраты и «обклеивают» космические аппараты

Также в лаборатории создали новый радиопрозрачный стеклокристаллический материал для обтекателей летательных аппаратов, обеспечивающих защиту антенных устройств.

Обтекатели Новые обтекатели позволяют летательным аппаратам выдерживать более жёсткие условия, чем раньше

По словам профессора РХТУ Людмилы Орловой, этот материал в силах выдержать температуры до 1300 оС, а его механические и диэлектрические характеристики выше и стабильнее, чем у нынешних российских аналогов. Разработку начали осваивать на Обнинском научно-производственном предприятии «Технология», а патент на данный материал вошёл в сотню лучших патентов России.

Людмила_Орлова Людмила Орлова рада возрождению вузовской лаборатории

Иттрий атакует рак

Кроме того, лаборатория наладила единственное в России производство стеклянных микрошариков, обогащённых радиоактивным иттрием. С их помощью лечат рак печени. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно это зловещее заболевание уносит больше 660 тысяч человеческих жизней. В России за год диагностируется около 7 тысяч случаев первичного рака печени и 130 тысяч случаев колоректального рака с метастазами в печень. При этом 75–90% всех опухолей врачи прооперировать не могут.

Одна из альтернатив хирургическому вмешательству и пересадке печени – разрушить опухоль изнутри посредством радиации. Технологию создали в Канаде около десяти лет назад: микрошарики облучают в ядерном реакторе и транспортируют в опухоль по кровеносным сосудам. Распределение шариков по размерам очень узкое, плюс-минус 5 микрон, масса терапевтической дозы – десятые или даже сотые доли грамма. Период полураспада иттрия-90 несколько больше двух суток, так что чужеродное тело через неделю не представляет никакой опасности для организма, извлекать его не требуется.

Менделеевцы запатентовали собственную технологию. В чём отличия от продукции канадской фирмы Nordion? Во-первых, увеличилось содержание оксида иттрия: с 17 до 23 молекулярных процентов. Во-вторых, поверхностный слой шарика толщиной от 0,1 до 1 микрона обеднён по иттрию; тем самым снизились риски его выхода за пределы шарика в ткани человека. Сейчас менделеевцы создают новый тип микрошариков – легированных ещё и лютецием, чтобы можно было не только лечить шариками, но и наблюдать за их перемещениями в организме.

Производство_лечебных_микросфер
Схема производства лечебных микросфер

Разработка микрошариков запатентована и удостоена гран-при III Всемирного конгресса по интеллектуальной собственности как лучшая инновационная разработка 2012 года.

Вся линия производства микросфер расположена на территории вуза. Вначале стекло варят в платиновом тигле при температуре около 1600 oС. Дальше расплав охлаждают, причём именно высокая скорость охлаждения позволяет увеличить содержание оксида иттрия. Полученное стекло измельчают, пока диаметр частиц не достигнет 20–30 микрон, затем в генераторе плазмы, или плазмотроне, им придают сферическую форму. Перед клинической операцией микросферы подвергают облучению в ядерном реакторе, дабы в стекле образовался короткоживущий бета-излучатель – изотоп иттрий-90.

Плазмотрон Сферическую форму стеклянной крошке придают в плазмотроне

Партнёр лаборатории – фирма «Бебиг». По её данным, средняя выживаемость пациентов с раком печени при химиотерапии составляет 13 месяцев, дополнительное использование микросфер с иттрием продлевает этот срок до 27 месяцев. Положительная реакция на лечение наблюдается у 89% пациентов, у 27% опухоль уменьшается. Цена одной терапевтической дозы препарата в зарубежных странах достигает 20 тысяч долларов США. С использованием российских микрошариков пока прошла лишь одна операция.

Сейчас лаборатория ищет пути создания новой для России медицинской подотрасли – локальной лучевой терапии с использованием микрошариков. По словам Владимира Сигаева, Менделеевка готова обеспечить иттриевыми микросферами больницы по всей стране. Средство лечения есть, остаётся организовать всю медицинскую цепочку.

Кто-то скажет, что профессор Сигаев не в меру оптимистичен и смотрит на мир сквозь розовые очки. Однако никаких очков на его лице мы не обнаружили. Розовым в лаборатории отсвечивало только неодимовое лазерное фосфатное стекло.

Неодимовое_лазерное_фосфатное_стекло Неодимовое лазерное фосфатное стекло, запатентованное РХТУ

– Молодёжь, работающая в Международной лаборатории, абсолютно уверена в завтрашнем дне, – подытоживает учёный. – Ведь в лаборатории начинается новый бум, новая тематика: создание на стекле сверхплотной и сверхнадёжной 5D-памяти, систем её записи и считывания. И это – как естественное продолжение многолетних исследований нанокристаллизации стёкол под действием лазерного излучения. Стекло в основном состоит из простого кремнезёма, как и земная кора, но в то же время оно – главный компонент интернета, и на стекле же будет записана история человечества, которая переживёт это самое человечество на многие миллионы лет!

РЕЙТИНГ

4.93
голосов: 14

Галереи

Выставка по итогам ФЦП «Исследования и разработки 2007–2013»

25–27 апреля 2013 года в зале «Форум-холл» в Москве прошла выставка, посвящённая окончанию федеральной целевой программы «Исследования и разработки» на 2007–2013 годы. На выставке было представлено всего около пяти процентов участников программы в областях живых систем, медицины, экологии, энергосбережения, биотехнологий, вычислительной техники и новых материалов, но даже они заняли почти двести стендов. В первый день работы выставку осмотрел заместитель министра образования и науки РФ Игорь Федюкин.

54 фото

Обсуждение