Точное обмеривание бытия
Нано и биотехнологии вкупе с приборостроением - самые успешные направления деятельности нашего малого инновационного бизнеса
В минувшую субботу в рамках XI Петербургского международного экономического форума были объявлены победители Конкурса русских инноваций-2007 , организованного нашим журналом шесть годков обратно (партнеры - департамент поддержки и развития малого предпринимательства руководства Москвы и группа Wermuth Asset Management GmbH).
На данный раз с явным превосходством победили инновационные команды, занимающиеся нано и биотехнологиями и связанным с этими глобальными технологическими трендами приборостроением. Не скроем, сперва мы заподозрили свойский уважаемый экспертный совет в приверженности конъюнктуре. Действительно, 2007 год был отмечен небывалой активностью государства на инновационном рынке. Проведение конкурса Российской венчурной фирмы (победили команды, в технологических портфелях которых нано и биотехнологическая задача занимала вдалеке не последнее место), объявленная президентом РФ инициатива по созданию национальной нанокорпорации с многомиллиардным бюджетом - все сиё наводило на мысль, что подчеркнутые властью НТП-приоритеты повлияли на отбор экспертов.
Однако разбор статистики нашего конкурса по кластерам показал, что тренд "нанобиотехнологии и связанное с ними приборостроение" существовал на протяжении всех шести лет проведения КРИ. Скорее выглядит все так, что верх прислушалась к мнению экспертной общественности. Судите сами. Наибольшее цифра планов за шесть лет поступало в следующих кластерах: информационно-телекоммуникационные методике - 347 проектов (14%), медицина, биотехнологии и агропром - 329 (13%), транспорт и двигателестроение - 327 (13%), экология и ресурсосбережение - 294 плана (12%), промышленные методики - 291 план (12%).
Но в процессе экспертизы (три тура) это распределение изменяется. На первое местоположение посреди проектов-победителей с большим преимуществом выходят врачебные и биотехнологии (31% от числа победителей). Второе место сохраняют информационные технологии (17%). Существенно - вдвое - увеличивают родное представительство планы в области нанотехнологий и материаловедения и приборостроения (15 и 11%). А вот проекты в сфере транспорта и экологии капитально сдают родные позиции, довольствуясь 1 и 6% и занимая последние строчки этого рейтинга. Если же кластер "медицина, биотехнологии и агропром" анализировать тщательно, то окажется, что больше половины проектов (как среди претендентов, так и среди победителей конкурса) относится к разработке приборов, измеряющих и анализирующих биологические объекты и манипулирующих ими. То есть "нанобиоприборостроение" в то время как выглядит как одно из самых заметных и успешных направлений деятельности нашего малого инновационного бизнеса.
Объяснение этому, на свой взгляд, способен глядеться следующим образом: нанобиотех и приборостроение - вотчина не только российского, но и мирового малого инновационного бизнеса. Венчурный капитал, отработав ИТ-контур , уже давнехонько присматривался к новому кластеру. Малая капиталоемкость на старте, корпоративный тренд фундаментальной науки (попытки применять потенциал нынешних физики и химии в изучении живых систем) и, наконец, спрос на долгую и безболезненную житьё со стороны обывателя - все это подталкивает инноваторов к созданию технологий и инструментов, результативно работающих с живыми системами на наноуровне. Нам кажется, что это "стихийное" движение инновационной прослойки стоит подцепить на государственном уровне. Формирующиеся сегодня национальные нано и венчурные программы покуда пытаются получить свою институциональную оболочку, но на следующем шаге им не устроиться без научно-технологического содержания. Конкурс нашего журнала предлагает одну из тем.
По капле крови
Гран-при получило ООО "Медицинский исследовательский середина "Иммункулус"" за проект сети врачебных центров ранней диагностики и профилактики. Он же был признан экспертным советом лучшим в номинации "История успеха".
Почти всякий человечек болен. Но не любой ведает об этом. Перспектива при малейшем чувстве дискомфорта в теле таскаться по разным врачам, сдавать тьму анализов и обретать совсем разрозненные советы узких спецов - малопривлекательна. В сей миг любой мечтает о таковый диагностике, - та, что могла бы выудить всю инфу о здоровье, допустим, из одной капли крови. И такую технологию спроектировали русские ученые.
В основе разработки - иммунный портрет человека, отражающий особенности его молекулярного состава. Иммунный портрет "нарисован" аутоантителами, особыми работниками иммунной системы.
Природа дала научным специалистам подходящий агрегат разбора аутоантител. У здоровых людей так называемое сывороточное содержание аутоантител определенной специфичности приблизительно одинаково. И это отправная точка, от которой реально отталкиваться при исследовании иммунного статуса организма. Увеличение или уменьшение тех или иных аутоантител свидетельствует о задачах в том органе, - тот, что они представляют. Заблаговременное выявление таких изменений, специфичных для каждой патологии, дает хорошие шансы на раннее ее выявление.
Медицинский исследовательский центр "Иммункулус" спроектировал организацию тестов, - те, что позволяют заприметить иммунный портрет человека. За двадцать с лишним лет академический начальник центра профессор Александр Полетаев с коллегами выявили примерно 50 маркерных аутоантител, совокупность которых дает представление о состоянии здоровья. По уровню разных групп аутоантител возможно обусловить изменения в миокарде, нарушения темпа сердца, нарушения в почках, печени, поджелудочной железе, щитовидной железе, в легких, ЦНС и других органах и системах. Преимущество метода, по словам Александра Полетаева, позволяет установить немочь на самом раннем этапе. К примеру, биохимический анализ крови не покажет начинающийся диабет, пока в организме хвороба не уничтожит большое численность клеток, продуцирующих инсулин (а этот ход может продолжаться годами). Иммунные же тесты - покажут. Тестирование иммунной организации беременных дам позволяет выявить патологии, которые способны солидно сказаться на самочувствие детей, и своевременно инициировать лечение.
МИЦ "Иммункулус" планирует создание сети центров ранней диагностики, что на самом деле будет обозначать трансформирование парадигмы нынешней медицины. Из лечебной она превратится в профилактическую и дальше - прогностическую. Намечен переход от модели "жалоба-диагноз-лечение" к модели "диагностика-прогноз-профилактика".
Открытие такого центра (на базе уже существующего медучреждения) будет стоить эдак 500 тыс. рублей. Ранняя диагностика и меры профилактики, по мнению Александра Полетаева, могут значительно сэкономить как государственные ресурсы, так и финансы страховых компаний. По статистике доля лиц с повышенным риском смерти, нуждающихся в неотложных профилактических и лечебных мерах, составляет 20-25 человек на тысячу жителей. Даже с экономической точки зрения государству значительно выгоднее инвестировать в предупреждение болезней или их врачевание на ранних стадиях, чем оплачивать лечение запущенных патологий.
Инновация "Иммункулуса" опережает аналогичные исследования, ведущиеся, например, в Израиле и США, и опережает существенно, ибо в этих странах они ещё не вышли из фазе экспериментальных разработок. При этом научные работники продолжают совершенствовать методику. "Делая пятьдесят тестов, мы пока рисуем самый-самый совместный иммунный портрет человека. На самом же деле надо выявить на практике все маркерные аутоантитела человека, а их около двух тысяч", - говорит Александр Полетаев.
Как взвесить вирус
В номинации "Технократическая фантазия" победил проект ООО "Академия биосенсоров" "Атомные весы" (производство универсального биохимического анализатора).
Одна из важнейших задач теперешней медицины - разработка эффективных методик ранней диагностики различных патологий. В настоящее время в клинической диагностике наиболее просторное распространение получили иммуноферментные и радиоиммуноферментные методы, использующие особые флуоресцентные и радиоактивные метки. Однако данные способы определения веществ имеют единый перечень недостатков, наиболее немаловажный из которых - надобность проведения длительного анализа полученных данных. В последние годы первостепенный фокус исследований в этой области понемногу смещается в сторону розыске свежих технологий, позволяющих проводить диагностику в порядке реального времени.
Сотрудники младой московской фирмы "Академия биосенсоров", образованной в 2004 году при поддержке Фонда содействия (руководитель - Иван Бортник), первые в России и одни из первых в мире сотворили прототип универсального многофакторного анализатора прямого действия. В агрегате применены принципы, заложенные в службу атомно-силовых микроскопов (АСМ).
Микрокантилеверные системы (сверхчувствительные сенсоры АСМ) - твердофазные преобразователи биохимических реакций, протекающих на их поверхности, в аналитический сигнал. Кантилеверные сенсоры позволяют проводить измерения массы микрообъектов до 10 −18 г (масса вируса) и измерять мощи межмолекулярного взаимодействия в ультратонких биорецепторных пленках. Полезным знаком при связывании определяемого вещества с рецептором мембраны служит уровень ее деформации, которая определяется с помощью прецизионной лазерно-оптической системы.
В разработанном российскими научными работниками и технологами аппарате "Атомные весы" иглы-микрокантилеверы были использованы в качестве зондов-датчиков для приобретения оперативной инфы in vivo о наличии маркеров заболеваний или концентрации лекарственных препаратов в крови человека. В "Атомных весах" удачно реализована принципиально свежая технология надзора иммунохимических реакций, позволяющая прямо предуготовлять акт связывания антигена с антителом. Кантилеверный анализатор аппарата позволяет определять в то же время несколько типов биомаркеров.
Ближайшие забугорные аналоги - продукты фирм Cantion (Дания) - Canti Lab 4, швейцарской Concentris - Cantisens и американской Protiveris - VeriScan 3000. Однако аппараты этих фирм в основном нацелены на заключение фундаментальных научных задач (общий биологический анализ молекулярных взаимодействий) и на врачебный рынок пока не вышли. Кроме того, по словам руководителя проекта "Атомные весы" Петра Горелкина, русский аппарат стоит без малого на строй дешевле западных аналогов. "В различие от иностранных коллег, предлагающих в комплекте специальные, шибко дорогие кантилеверы, мы используем обычные кремниевые консоли. Разработана простая и подходящая организация ввода пробы в агрегат - сквозь статические насосы либо через микрошприцы", - говорит он. Наконец, еще одно значимое превосходство "Атомных весов" - вероятность дистанционного контроля процесса измерения через локальную сеть или интернет, что позволяет использовать прибор в больницах для проведения непрерывной "прикроватной" диагностики пациентов.
Стадию НИОКР "Атомных весов" предприятие "Академия биосенсоров" на все сто завершила, изготовлен бывалый стандарт агрегата и проведены все нужные тестовые измерения. В ближайших планах российских разработчиков - приобретение нужных медицинских сертификатов и выход на серийное фабрика прибора (один из опытных заводов во Владимирской области уже выразил подготовленность наладить у себя сборку его механической базы).
В более далекой будущем исследователи рассчитывают серьезно расширить спектр применения своего детища - например, использовать свежеиспеченные модификации "Атомных весов" для контроля жидких и газообразных веществ на производстве и мониторинга окружающей среды (сточных вод и атмосферы).
Дядя, митохондрии и колбаса
Институт биофизики клетки РАН победил в номинации "Лучшая потребительская инновация" с проектом "Экологически чистые биодобавки и методика безнитритной мясопереработки".
Ученые из пущинского Института биофизики клетки РАН придумали, как соорудить правильную колбасу. На эту идею натолкнули сетования мясопереработчиков.
"У меня был аспирант, дядя которого действовал на одном из мясоперерабатывающих предприятий, - вспоминает врач биологических наук Николай Векшин. - И он говорил: "Вы там ученые, придумайте, как сделать, чтобы колбасятина не портилась"". Колбаса же портилась через несколько дней. Известно, что главную роль в этой порче играет кислород.
Николай Векшин полно лет занимался митохондриями. А они - первый потребитель кислорода в живом организме. Вот и задумались. Решение было найдено уже через полгода. На большинстве заводов для защиты переработанных мясных изделий от влияния кислорода используют нитриты и вакуумирование в упаковках. Упаковка - заслон для внешнего кислорода. Для защиты от внутреннего - нитриты. Они же убивают вредоносные бактерии и придают изделию свежую яркую окраску. Однако нитриты, хотя вносятся они в колбасятины и другие мясные продукты в мизерных количествах, все же потихонечку отравляют наш организм.
Николай Векшин предложил прочий алгоритм - изъятие из ткани кислорода с использованием натуральных веществ. В клетках трудятся митохондрии. Они, потребляя кислород, выделяют углекислый газ и воду. Для того чтобы митохондрии "сожрали" весь клеточный кислород, их необходимо активировать. Стимулом для деятельного жора кислорода становятся ди и трикарбоновые кислоты. Эти кислоты - природное вещество, безвредное для человека. Но это только один компонент, который Векшин предлагает прибавлять в мясные изделия. Второй - природные антиоксиданты, которые "убирают" вредные активные формы кислорода. Третий компонент - углекислый газ, который также занимается вытеснением кислорода. И четвертый - олигопептидный протектор, которым обрабатывают уже готовые изделия, это природное вещество трудится как антибиотик. В результате фарш вместо пяти дней может держаться двадцать, а колбаса вместо десяти - сорок дней. Вдобавок производитель получает экологически чистый продукт. Добавки стоят на глаз столь же, сколь и "химия".
Казалось бы, мясопереработчики должны были заинтересоваться новой технологией. "Они и заинтересовались, - говорит Векшин, - но говорят: "Давайте нам технологию, мы ее проверим, а опосля будем договариваться"". Векшин же крепко отвечает: "Нет, давайте сперва подпишем договор, а затем будем раскрывать близкие ноу-хау". Он добавляет: "Мы хотели бы сформировать малое предприятие - делать биодобавки и сбывать их. Кроме того, мы бы продавали лицензию и методы контроля качества мясных продуктов, ещё разработанные нами".
Газоанализатор для пьяного водителя
В номинации "Лучший перспективный проект" победила петербургская фирма ООО "Иоффе ЛЕД" с проектом "Иммерсионные свето и фотодиоды обычного инфракрасного диапазона (длина волны 3-6 мкм)".
Компания "Иоффе ЛЕД" явилась на свет два года назад, когда получила поддержку Фонда Бортника по программе "Старт-2005". Блокирующий пакетик принадлежит питерскому Физико-техническому институту имени Иоффе, прочие акции - самим разработчикам, научным сотрудникам лаборатории инфракрасной оптоэлектроники Физтеха. Институт привнес в состав нематериальных активов группы один патент, еще два принадлежат одному из работников фирмы - Анатолию Матвееву. Собственно, сии три патента (права на их употребление переданы в группу по лицензионным соглашениям) и составляют ту базу, на которой идет совершенствование новых свето и фотодиодов.
Проект зародился еще в совдеповские времена - в 80−х годах. Теперь светодиоды основательно доработаны и светят на два порядка ярче, чем двадцать лет назад. На основе светодиодов "Иоффе-ЛЕД" можно составлять компактные, более чувствительные и быстродействующие газоанализаторы с меньшим энергопотреблением и большим сроком службы, чем агрегаты на базе иной оптики.
Интерес к частотному диапазону 3-6 мкм предстал у разработчиков из-за того, что как раз в этой области спектра инфракрасного излучения лежат так называемые фундаментальные полосы поглощения многих газов. По словам директора компании Максима Ременного, по ним легче всего распознать промышленные и многие природные газы.
Наибольшая интенсивность этих полос в среднем диапазоне инфракрасного излучения характерна для метана, окиси и двуокиси углерода, окисей серы и азота - потому как новоиспеченные газоанализаторы на базе инфракрасных диодов заинтересуют в первую очередность энергетиков. Другая перспективная область применения - нефтехимическая отрасль, тут инфракрасные анализаторы понадобятся, к примеру, для измерения толщины полимерных пленочек непосредственно на технологических линиях. Это значимо для уменьшения расхода материалов в процессе производства. Газоанализатором заинтересуются гаишники и дорожные экологи. Для первых прибор станет незаменимым подручным средством для выявления пьяных водителей, а вторые смогут в аккурат замерять порядок выхлопов автомобилей и групповой уровень загазованности на автострадах.
Стабильный углеродный выдох
Лучший инновационный проект 2007 года - "Неинвазивный тест для диагностики хеликобактерной инфекции". Разработчик - TSD Isotopes.
В 2005 году крошечная бактерия хеликобактер пилори стала знаменитой. Австралийские научные специалисты Барри Маршилл и Робин Уоррен за открытие ее вредоносной деятельности получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Для многих стало неожиданностью, что считавшиеся раньше неинфекционными подобные болезни желудочно-кишечного тракта, как гастрит и язва, в 80% случаев вызваны аккурат хеликобактером пилори, которая крайне любит селиться в нижнем, пилорическом, отделе желудка. Естественно, в наши дни у всех гастроэнтерологических больных раньше всего ищут эту бактерию. Ее можно откопать разными способами, но все эти методы инвазивны: у человечка берут либо кусок ткани желудка, либо кровь для иммуноферментного анализа для выявления антител. Единственный неинвазивный тест, который был предложен на Западе в 1998 году, - так называемый уреазно-дыхательный тест. Пациент дышит в пробирку. Затем принимает тест - раствор мочевины, помеченный стабильным изотопом - углеродом-13 , и через 30 мин заново дышит в другую пробирку. Пробирки проверяются алгоритмом масс-спектрометрии , итоги сравниваются. Разница в содержании углерода-13 говорит о наличии хеликобактера пилори.
В норме человек выдыхает грубо 99% углерода-12 и 1% углерода-13. Количество последнего может незначительно повышаться в связи с приемом пищи, вследствие этого перед обследованием больной 12 часов ничего не ест, а итог теста сравнивается с фоновым показателем. У нас таковая диагностика до недавнего времени практически не проводилась. Она может быть достаточно дорогой - примерно 1,5 тыс. руб. составляет цена только теста. Аналогичный метод, разработанный российскими учеными, имеет свои технологические нюансы и стоит практически в пять раз меньше.
Рассказывает генеральный управляющий TSD Isotopes Людмила Сакович: "Идея создания такого теста пришла в середке девяностых. Мы вели переговоры с одной компанией из Канады, которая имела нужду в углероде-13 для создания подобных тестов. А нашими научными специалистами из ГНЦ ТРИНИТИ (Троицкий институт инноваций и термоядерных исследований) и Троицкого института спектроскопии была разработана редкостная технология по разделению углерода-12 и углерода-13".
Под возможности сбыта на мировом рынке созданное малое предприятие получило инвестиции от одного из дочерних предприятий "Газпрома". Но пока воздвигали предприятие в Калининграде, потенциальные клиенты удалились на другие рынки. Встал вопрос, как можно использовать углерод-13. В содружестве с учеными из пущинского Института биофизики микроорганизмов имени Скрябина, Московской медицинской академии, МОНИКИ и Медико-стоматологического вуза был создан нашенский уреазно-дыхательный тест. Кроме мочевины, меченной углеродом-13 , в состав теста входит лимонная кислота, что позволило снизить содержание изотопа до 30%. Кислая среда воздействует на бактерию хеликобактер пилори, та начинает быстрее разлагать мочевину на аммиак и двуокись углерода, которая и выдыхается. Измеряемая в процессе теста отличалка концентраций до и затем приема тест-раствора выходит на пик на тридцатой минуте. Без кислоты (как в западных тестах) хеликобактер довольно неторопливо разлагает мочевину, и потому что через полчаса важности меченого момента могут быть ниже.
"Мы полагаем, что в России открывается довольно крупный рынок для наших тестов. Тем более что по приказу Минздрава с 2008 года каждое гастроэнтерологическое обследование должно будет сопровождаться диагностикой на присутствие хеликобактера пилори", - говорит Людмила Сакович.
Зачем еще один прибор на панели
В номинации "Лучшая промышленная инновация" победил проект вертолетной системы абсолютно верного висения и обзора (СТВО), представленный ЗАО "Вертолетные системы".
"А на что мне еще один добавочный прибор на панели?" - единогласно восклицали инженеры по летным испытаниям нескольких вертолетных заводов, когда мы рассказывали им о телевизионной организации точного обзора и висения вертолета. Большинство геликоптеров имеет стеклянный нос с прекрасным обзором вниз. Ориентирование происходит по приборам, а тут еще один появляется! Пилот будет отвлекаться, и ни в жизнь в жизни, тем более выполняя висения вблизи препятствия, он туда обозревать не будет! И в самом деле - зачем?
Доктор медицинских наук генерал-майор В. А. Пономаренко отмечает: "Ничто и ни при каких обстоятельствах так психически не истощает летчика, как пространственная дезориентация". Управление гражданской авиации Великобритании изучило 30 отчетов о летных происшествиях, закончившихся падением геликоптера в море или столкновением с землей, - в 25 случаях аварии происходили из-за недочета пространственной ориентации.
Правильно распределить участливость пилота, вручить ему максимально полную визуальную информацию и тем самым повысить секьюрити полета, по мнению разработчиков СТВО, пособит употребление нового метода управления вертолетом. Суть его содержится в применении телевизионной системы, состоящей из телевизионной камеры, вычислителя, телевизионного индикатора и пульта управления. Система обеспечивает телевизионный обзор поверхности под вертолетом, осуществляет телевизионную "привязку" и формирует пилотажную информацию о параметрах висения, в том числе и положение заданного местоположения висения на изображении поверхности под вертолетом. Пилот может подметить на мониторе маркером интересующий его предмет и после в ручном или автоматизированном режиме снабжать минимальное отклонение отображаемой на мониторе проекции центра вертолета от маркированного объекта.
По отдельности различные технические решения, предлагаемые в проекте, уже применяются. Например, камеры для обзора установлены на некоторых американских вертолетах. Задача точного и стабильного висения, в том числе с внешней подвеской, действенно решается на геликоптерах российских фирм ОАО "Камов" (Ка-27 , Ка-32К) , ОАО "Московский вертолетный завод им. М. Л. Миля" (Ми-10К , Ми-26ТМ) и американской Kaman (вертолет-кран K-Max). Автоматизировать порядок висения на сегодняшних вертолетах позволяют системы, использующие в качестве датчика доплеровский измеритель скоростей (ДИС). Однако ДИС не может непосредственно измерять отклонение от заданной точки, а исполняет эту проблему путем интегрирования информации о скорости перемещения вертолета в пространстве. Несмотря на недостатки этих систем, применяются они повсеместно. Предлагаемая же система обеспечения точного висения и обзора вертолета, по словам авторов проекта, предоставляет пилоту максимальную визуальную информацию и не имеет ограничений, присущих ДИС.
Система в первую очередь нацелена на главный объем парка отечественных вертолетов Ми-8 и Ми-2 , составляющий примерно 6 тыс. машин, эксплуатирующихся более чем в 80 странах. Уже проведены успешные летные испытания экспериментального образца СТВО на вертолетах Ми-26 и Ми-8. По словам пилотов, с применением СТВО существенно повышается аккуратность висения над точкой слежения, эффективность службы вертолета в этом режиме в целом возрастает на 40%.
Разработал проект СТВО коллектив ОАО "Вертолетные системы", в который входят спецы в области вертолетостроения, навигации и управления летательными аппаратами, телевизионной техники, инерциальных и гравиинерциальных систем. В плане принимали участие ведущие эксперты Московского вертолетного предприятия им. М. Л. Миля, Московского научно-исследовательского телевизионного института, МГУ им. М. В. Ломоносова, ЦАГИ им. М. Е. Жуковского, 13−го института МО РФ, РМЦ "Курчатовский институт".
В отличие от большинства российских инноваций проект СТВО имел возможность рскручиваться за счет использования различных источников финансирования - и государственных, и частных, и иностранных. Среди партнеров и инвесторов компании в различные годы были руководство Москвы, Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, ЗАО "Система-венчур" , канадская фирма Canadian Marconi Company, ОАО "НПО "Взлет"". В настоящее время подписано соглашение с ОАО "Казанский вертолетный завод" о сотрудничестве в перспективных проектах, охватывая создание и внедрение СТВО. Между тем, трудясь с таким множеством инвесторов, ЗАО "Вертолетные системы" удалось сберечь за собой права на умную собственность. Основные научно-технические решения, обеспечивающие конкурентоспособность СТВО, защищены патентами России.
"Подобные системы предлагались, но по разным причинам не внедрялись. Но это потому что истинно удобно, - говорит зам. главного конструктора ОАО "Камов" Леонид Ширяев. - Только остается вопросный мотив - сколь эффективно удастся авторам проекта осуществить стыковку телевизионной системы с различными типами автопилотов?"