7. Анализатор жидкости «ФЛЮОРАТ®-02-2М»

1. План проекта: Развитие центра коллективного пользования «НаноБио-Инжениринг»для обеспечения научным оборудованием
комплексных исследований в области живых систем и материалов на
наноуровне
2. Краткая характеристика проекта:
Проект направлен на решение актуальных задач нового этапа конвергентного
развития нано- и биотехнологий на основе фундаментальных знаний в
смежных областях физики, химии и биомиметики наносистем, создания
принципиально новых подходов к разработке наноустройств и адаптивных
функциональных материалов следующего поколения.
3. Функциональные характеристики (потребительские свойства) и/или
качественные характеристики создаваемой научно–технической
продукции:
3.1. Цель проекта: Создать центр коллективного пользования
оборудованием для проведения фундаментальных и поисковых научноисследовательских работ по созданию новейших методов и методик в
конвергентной области развития нано-био-инжиниринга
3.2. Технические требования:
Проект нацелен на решение научных, научно-поисковых и инновационных
задач в четырёх смежных областях нано-био-инжиниринга:
 Фрактальных наноустройств.
 Объёмных наноматериалов.
 Селекции растений.
 Переработки растений.
Это области, в которых происходит конвергентное развитие исследований и
инноваций в двух приоритетных направлениях: «Индустрия наносистем и
материалы» и «Живые системы». Сравнивая ожидаемые результаты проекта
с зарубежными аналогами, можно утверждать, что они определяют передний
край развития следующего этапа конвергентных нано-био-технологий. На
наш взгляд, за рубежом имеется пока концептуальное отставание сложности
задач от предлагаемого нами проекта в следующих разделах:
1. Сверхскоростные нанотехнологии самосборки, самоорганизации и
саморепарации конструктивных элементов наноидустрии и живых систем.
2. Интеллектуальные наноматериалы и наноустройства (нанороботы),
биомиметика.
3. Принципиально новые нанотехнологии создания аккумуляторов
водорода с высокой емкостью и обратимостью по водороду, а также высокой
адаптивностью к условиям их синтеза и эксплуатации.
4. Разработка молекулярно-генетических методик и их внедрение с
целью выявления биологического разнообразия России.
2
5. Новые технологии молекулярной генетики, позволяющие в
автоматическом
режиме
оперативно
проводить
определение
и
инвентаризацию всех живых организмов (разработка системы Bar-coding
растительных объектов) на основе искусственно синтезированных
олигонуклеотидов.
6. Новые технологии получения целлюлозы, нитратов целлюлозы,
высокомолекулярных композиций, гемицеллюлоз, лигнина из растительной
биомассы однолетних растений и древесины, получение биотоплива из
отходов
сельскохозяйственного
сырья
и
древесины,
получение
физиологически активных веществ из сои, семян льна, рапса
7. Новые технологии
получения металлоалмазного композита
широкого применения, поликристаллического наноструктурного алмазного
агрегата не требующие дорогостоящих установок высокого давления.
Поэтому выполнение исследовательских работ в этих разделах не
возможно без опоры на интеллектуальные разработки в научном коллективе
ЦТП АлтГУ «Нано-Био-Инжиниринг» с привлечением дополнительного
экспериментального оборудования в соответствие со списком приборов:
1. Электронный просвечивающий микроскоп типа Philips CM 30 с
электронной записью изображения.
2. Сканирующий зондовый микроскоп Solver Pro-M
3. Электронный сканирующий микроскоп с приставкой для микроанализа
типа Philips SEM 515.
4. Рентгеновский дифрактометр типа ДРОН – 6 или Shimadzu XRD 6000.
5. Многофункциональный настольный рентгеновский дифрактометр типа
XMD300.
6. Оптический микроскоп с компьютерной реконструкцией изображения
Olimpus GX-71.
7. Анализатор жидкости «ФЛЮОРАТ®-02-2М» - 500 тыс. руб.
8. Спектрометр атомно-абсорбционный «МГА-915» - 1 млн. руб.
9. Анализатор ртути «РА-915+» в комплекте с приставкой «РП-91» - 450
тыс. руб.
10. Весы лабораторные аналитические Вл – 210 (до 0,0001) – 60 тыс. руб.
11. Секвенатор ABI Prism 3130 – 3,6 млн. руб.
12. Синтезатор олигонуклеотидов отечественный 650 тыс. руб.
13. Спектрофотометр Genesys 2 – 360 тыс. руб.
14. Спектрометр рентгенофлуоресцентного анализа, СПЕКТРОСКАН
МАКС-G - 503250 руб.
15. Центрифуга KR 25i (ThermoJouan) напольная, до 22500 об/мин (63400
g), с охлаждением 25 578,00 – 918 тыс. руб.
3.3. Экономические требования:
3.3.1.
Объемный
наноструктурный
металлоалмазный
композит
представляет собой принципиально новый материал с уникальными
3
свойствами, определяющие повышение функциональных свойств материалов
и эффективность перспективных технологических систем. Получение
металлоалмазного композита не требует сложных термобарических условий
и соответствующей оснастки, что обеспечивает его высокую
конкурентноспособность.
3.3.2. Разработка удобных и экономически обоснованных методик
идентификации сырья растительного происхождения и продуктов,
полученных из него: анализ качественного состава лекарственного сырья,
особенно полученного из сибирского региона, определение доли
генмодифицированного составляющего в пищевых продуктах,
Современные наборы реактивов и инструментов (киты) зарубежного
производства запатентованы и весьма дорогостоящи. Разработка
собственных наборов для выделения и анализа ДНК позволит снизить
стоимость исследований в несколько раз. Применимо для использования в
криминалистических и таможенных лабораториях, СЭС, контроль сырья и
продукции при фармакологическом и пищевом производстве, ведении
эффективной селекции растений. При ведении селекции растений
традиционными способами фенотипические признаки сорта проявляются для
некоторых культу через 7-10 лет, что недопустимо долго и экономически
неэффективно, современными методами легко выявить гибридные
экземпляры в течение короткого времени и затем вести селекцию уже с
отобранным материалом. С учетом затраченного за длительный промежуток
времени трудовых и материальных ресурсов на поддержании массы
селекционного материала стоимость и время селекции сократится 5-10 раз.
3.3.3 Полученные в мягких жидкофазных условиях нанослоевые интерфейсы
металл-полупроводник
снижают
затраты
на
создание
диодных
выпрямляющих контактов в электронной промышленности в несколько раз.
3.3.4 Переработка растительного сырья и отходов деревообрабатывающей
промышленности в биотопливо и плиточные материалы позволит
эффективно решить проблемы создания экономически выгодных
возобновляемых нетрадиционных источников энергии и экологически
чистых производств строительных и отделочных материалов высокого
качества.
3.3.5 Создание высокоёмких, лёгких и прочных в эксплуатации
аккумуляторов водорода на основе нанотубулярного углерода позволит
решить проблему выхода водородной энергетики на производство
экологически чистых, экономически рентабельных двигателей для
автомобильной промышленности, решить проблему создания конкурентно
способных производств мобильных накопителей энергии.
3.4. Содержание основных работ:
1.
2008 год - Исследование подходов к разработке нового поколения
наноустройств, предназначенных для практической реализации
фемтосекундных измерений, контроля и управления наносистемными
процессами в нано-био-инжиниринге.
4
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
2008 год - Исследование закономерностей роста и консолидации в
объёмный наноматериал детонационного наноалмаза в режиме
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)
методами
электронной
микроскопии
высокого
разрешения,
рентгеноструктурных
и
рентгенофазовых
методик,
методик
микроанализа элементного состава.
2008 год - Использование достижений нанотехнологий в селекции
растений и при изучении биологических объектов
на
супрамолекулярном уровне.
2009 год - Исследование каталитических свойств синтезируемых в
режиме СВС интерметаллических соединений системы никельалюминий, а также систем с лантаноидами и др. металлами на рост и
консолидацию
детонационного
наноалмаза
с
привлечением
электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеноструктурных
и рентгенофазовых методик, методик микроанализа элементного
состава.
2010 год - Разработка фрактальных нанодендритных катализаторов,
защитных покрытий, аккумуляторов водорода и малых органических
молекул на основе нанотубулярного углерода, полиамофных и
клатратных фаз льда, нанослоевых интерфейсов метал-полупроводник.
20011 год - Разработка основ нанотехнологий озонирования,
фосфорилирования,
карбоксиметилирования,
нитрования
и
кавитационной обработки древесины и ее отходов.
2011 год - Исследование процессов модификации поверхности
наночастиц алмаза и получения контролируемых поверхностных
свойств наночастиц для обеспечения условий их роста и консолидации
в поликристаллический агрегат с привлечением электронной
микроскопии
высокого
разрешения,
рентгеноструктурных и
рентгенофазовых методик, методик микроанализа элементного состава
2012 год - Создание технологий ресурсосберегающего экологически
безопасного производства и переработки сельскохозяйственного сырья
и отходов питания.
3.5. Описание планируемых результатов
1. Исследование законов, закономерностей и корпоративных
механизмов квантовых процессов динамики плазмидов, обеспечивающих
обмен энергией, энтропией и информацией в открытых наноструктурах
живых систем и адаптивных функциональных материалов.
2. Разработка метода кибернетического дизайна архитектур
адаптивного
управления
нанои
биотехнологиями,
создания
программируемых квантовых компьютеров и адаптивных биомиметических
механизмов.
3. Использование
достижений
нанотехнологий
в
области
практического моделирования биологических процессов и принципиальное
усовершенствование молекулярно-генетических методик.
5
4. Экспериментальным и теоретическим путем разработать систему
научных знаний фундаментального характера о механизмах роста
углеродных наночастиц с кристаллической решеткой алмаза в условиях
структурирования кристаллической среды некоторых металлов и
интерметаллических соединений.
5. На основе полученных фундаментальных знаний разработать
принципы управления процессом роста наночастиц детонационного алмаза
до макроскопического масштаба и их консолидации в поликристаллический
наноструктурный агрегат.
6. Разработать технологические подходы к проблеме роста наночастиц
детонационного
алмаза
и
формированию
поликристаллического
наноструктурного агрегата и разработать соответствующие технологии,
позволяющие получать порошковый продукт селективной дисперсности и
компактный поликристаллический наноструктурный материал.
7. Разработать химические технологии генезиса нанослоевых
интерфейсных структур полупроводник - металл в мягких условиях
халькогенной
пассивации
поверхности
полупроводник
n-типа.
Закономерности формирования резистивной наноскопической границы
раздела в зависимости от условий халькогенной пассивации поверхности
полупроводника и электрохимического осаждения металлов.
8. Разработать химические технологии получения наноуглеродных
аккумуляторов водорода с высокой емкостью и обратимостью по водороду, а
также высокой адаптивностью к условиям их синтеза и эксплуатации.
9. Исследовать биомиметические механизмы и устройства в целях
моделирования in vitro и управления внутриклеточными процессами.
10. Проведение исследований в области систематики сосудистых
растений и лишайников с применением молекулярных методов:
- Анализ ядерной ДНК и сравнительный анализ нуклеотидной
последовательности участков ITS-1 и ITS-2 видов родов Artemisia, Pyretrum,
Chrisantemmum (Asteraceae) с Алтая и Тянь-Шаня, некоторых родов
семейства Brassicaceae и папоротникообразных Алтая. Планируется выявить
видоспецифичные участки хромосомной ДНК, построить дендрит родства
видов,
проверить
на
соответствие
устоявшемуся
в
анатомоморфололгической ботанике концепции данных видов.
- Анализ хлоропластной ДНК и сравнительный анализ нуклеотидной
последовательности tRNLeu-фрагмента некоторых видов родов семейств
Asteraceae, Brassicaceae, отдела Pteridophyta и лишайников, что позволит
построить надвидовую классификационную схему данных групп растений.
11. Исследования в области размножения дикорастущих растений Алтая, а
также перспективных сортов культурных растений с помощью методов
биотехнологии. Предполагается продолжение исследований в области
разработки методов размножения растений из культур тканей вегетативных и
генеративных органов.
12. Разработать новый способ получения целлюлозы из древесины, способ
получения нитратов целлюлозы непосредственно из древесины, способы
6
получения высокомолекулярных композиций из карбоксиметиловых или
фосфорсодержащих
эфиров
целлюлозы,
гемицеллюлоз,
лигнина,
непосредственно из древесины, способы получения из отходов древесины
пресс-масс для изготовления плитных материалов без добавления связующих
веществ.
13. Проведение научных исследований учеными, аспирантами и
студентами:
–
организация научных исследований с участием аспирантов и
студентов;
–
поддержка
подготовки методических пособий, внедрения
перспективных методик в образовательный процесс.
Учитывая специфичность предмета исследований, ожидается высокая
перспективность вновь создаваемой интеллектуальной собственности в
области патентования.
3.6. Требования к результатам работ:
В результате выполнения проекта будут получены научные и научнотехнические продукты, лежащие в конвергентной области развития двух
приоритетным направлений «Индустрия наносистем и материалы и «Живые
системы» по критическим технологиям: Нанотехнологии и наноматериалы,
Технологии биоинженерии. К ним в проекте относятся:
 Сверхскоростные нанотехнологии самосборки, самоорганизации и
саморепарации конструктивных элементов наноидустрии и живых
систем.
 Интеллектуальные наноматериалы и кибернетические наноустройства
(нанороботы), биомиметика.
 Химические и электрохимические технологии создания электронной
компонентной базы с высокой адаптивной резистивностью к внешним
механическим, тепловым и электрохимическим воздействиям среды.
 Принципиально новые нанотехнологии создания аккумуляторов
водорода с высокой емкостью и обратимостью по водороду, а также
высокой адаптивностью к условиям их синтеза и эксплуатации.
 Разработка молекулярно-генетических методик и их внедрение с целью
выявления биологического разнообразия России.
 Новые технологии молекулярной генетики, позволяющие в
автоматическом режиме оперативно проводить определение и
инвентаризацию всех живых организмов (разработка системы Barcoding
растительных
объектов)
на
основе
искусственно
синтезированных олигонуклеотидов.
 Технологии
получения
целлюлозы,
нитратов
целлюлозы,
высокомолекулярных композиций, гемицеллюлоз, лигнина из
растительной биомассы однолетних растений и древесины, отходов
7
сельскохозяйственного сырья и древесины физиологически активные
вещества из сои, семян льна, рапса
 Принципиально новые нанотехнологии получения металлоалмазного
композита широкого применения, не требующую дорогостоящих
установок высокого давления.
 Принципиально
новые
нанотехнологии
получения
поликристаллического наноструктурного алмазного агрегата.
 Создание принципиально нового материала - поликристаллический
нанострутурный металлоалмазный композит.
Выполнение работ с привлечением оборудования для структурных
исследований Центра коллективного пользования позволит повысить
качество подготовки специалистов в области физического материаловедения
наноматериалов, методов ДНК-анализа, разработать новые лабораторные
практикумы и спецпрактикумы в области физики и химии наноматериалов,
селекции и переработки растений, а также вести на базе центра подготовку
специалистов в области нано-био-инжиниринга.
Работы должны содержать новые научные и научно-технические
результаты, имеющие должную апробацию на уровне публикаций в ведущих
научных журналах, докладов на международных и российских
конференциях, или соответствующих авторских свидетельств и патентов.
На основе проведённых в первые два года исследований планируется
выполнения в дальнейшем ряда НИОКР в области «Нано-Био-Инжиниринга»
на базе предприятий Западной Сибири. При этом результаты работ имеют
перспективы быть востребованными в ряде ниже следующих структурах.
Федеральный научно-производственный центр «Алтай» является
заказчиком работ по теме «Исследований закономерностей роста и
консолидации нанокристаллов детонационного алмаза в металлоалмазный
композит в условиях структурирования кристаллической среды некоторых
металлов и интерметаллических соединений». Использование результатов
исследования в ФЕИЦ «Алтай» будет осуществляться путем организации
технологического процесса и выпуска продукции.
Потенциальными потребителями разработок биотехнологии являются
коммерческие и государственные структуры, работающие в области:
- судебная экспертиза – идентификация и установление происхождения
биологического объекта (наркотическое растительное сырье и т.п., регион
его происхождения);
- эффективная и целенаправленная селекция декоративных,
лекарственных и др. хозяйственно ценных сортов растений, пород животных
(например, получение и выявление новых гибридных сортов растений, в
лабораторных условиях, не дожидаясь несколько лет проявления их
фенотипических признаков сорта в питомнике; получение безвирусного
посадочного материала картофеля, земляники и др.);
- диагностика инфекционных заболеваний;
- экспертиза трансгенных продуктов; оперативное выявление патогенов
в пищевых продуктах (возбудителей сальмонеллеза, ботулизма, дизентерии),
8
экспертиза лекарственных препаратов на основе растительного сырья;
- индикация загрязнения окружающей среды, рациональное
природопользование, ресурсоведение.
4. Выполнение индикаторов программного мероприятия и целевых
индикаторов реализации мероприятий Программы в рамках данного
проекта:
Индикатор
количество
публикаций
в
ведущих мировых научных
журналах, подготовленных по
результатам исследований с
использованием
научного
оборудования сети центров
количество дипломных работ и
диссертаций, подготовленных
по результатам исследований с
использованием
научного
оборудования сети центров
число
организацийпользователей
научным
оборудованием сети центров
численность
молодых
специалистов, привлеченных к
проведению исследований в
рамках выполнения проекта
(докторов наук, кандидатов
наук, докторантов, аспирантов,
сотрудников
без
ученой
степени,
специалистов,
студентов)
единиц
год
2008 2009 2010 2011 2012
5
6
8
8
10
единиц
10/2
12/3
12/3 15/5 15/5
единиц
5
7
9
9
10
человек
1
12
1
8
5
3
12
2
14
2
6
3
3
13
3
16
2
6
5
4
13
3
19
3
8
6
4
15
4
21
3
8
6
4
16
ед. изм.