Лучшие инновационные молодежные проекты физического факультета

8 октября 2016 г. на Физическом факультете состоялось открытие Фестиваля науки. С небольшим докладом на открытии выступила Корнеева Юлия Викторовна, председатель совета молодых ученых Физического факультета.

Темой выступления был выбран рассказ о наиболее интересных и прикладных проектах молодых ученых физического факультета.

Яркие и талантливые ребята — это гордость нашего факультета и они заслуженно побеждают в московских и региональных конкурсах лучших инновационных молодежных проектов. В основе каждого проекта лежит долгое научное исследование, осмысление результатов ранних работ кафедр и лабораторий, проведение критического анализа существующего положения дел в этой области и нахождение своей оригинальной ниши

Вот нескольких из них.

Проект называется: Разработка аппаратного комплекса и препарата на основе бионанокремния для ультразвуковой тераностики раковых опухолей, автор — Свиридов Андрей.

Все мы знаем это страшное слово — «рак», и то что весь мир ежегодно тратит на борьбу с ним сотни миллионов долларов. Злокачественными опухолями в мире ежегодно заболевают примерно 10 млн. человек и умирают 8 млн. человек.

Но, несмотря на отдельные успехи в данном направлении, до окончательной победы еще далеко. Именно поэтому такую важную социальную значимость сегодня имеют исследования на стыке физики и биологии, открывающие возможности для создания новых терапевтических методик.

В работе Андрея предполагается разработка ультразвуковой установки мегагерцового медицинского диапазона частот для проведения тераностики, позволяющей одновременно:

• проводить прецизионную диагностику раковых опухолей на ранней стадии (с точностью до долей мм), что является важнейшим фактором успешного выздоровления, с помощью ультразвуковых датчиков и контрастного агента;

• уничтожение опухоли с помощью источников УЗИ с регулируемой мощностью и адресно доставляемого препарата.

В качестве препарата выступают наночастицы пористого кремния, которые продемонстрировали свойства биосовместимости и биодеградируемости в многочисленных доклинических испытаниях. Наночастицы способны накапливаться в кровеносной сети опухоли как за счет механизма пассивного накопления, так и за счет активного накопления благодаря осаждению на поверхности наночастиц антител, специфичных к определенным типам раковых клеток. Технология их получения, несмотря на сложность хорошо отработана.

Проект: Создание нового типа глюкометров на основе плазмонного метода измерения оптической активности, автор — Дарья Игнатьева.

Еще одна из наиболее важных медицинских проблем в мире — это сахарный диабет.

• 366 млн. человек в мире болеют сахарным диабетом;

• 5 млн. больных умирает ежегодно: больше, чем от ВИЧ и гепатита!

• 3 млн. человек в России болеют сахарным диабетом;

В случае заболевания, жизненно необходимо постоянно проводить контроль уровня глюкозы в крови несколько раз в день. Прибор для такого контроля называется глюкометром.

• Недостатки существующих глюкометров:

• Инвазивность методов, это значит что необходимо брать кровь для каждого измерения уровня глюкозы в крови, как вы понимаете это не только неприятно, но и в случае с детьми, крайне нежелательная процедура;

• Требуются одноразовые дорогостоящие расходные материалы;

• Погрешность измерения 20% (стандарт).

В работе Дарьи, предлагается принципиально новое решение проблемы — создание глюкометра на основе плазмонных сенсоров.

Поверхностные плазмоны — это волны переменной плотности электрического заряда, которые могут возникать и распространяться в электронной плазме металла вдоль его поверхности или вдоль тонкой металлической пленки.

При определенных условиях поверхностные плазмоны могут возбуждаться под воздействием поляризованного света.

Современные плазмонные сенсоры — одни из самых чувствительных оптических сенсоров на сегодняшний день.

Они позволяют проводить исследования по:

• выявлению малых концентраций патогенных микроорганизмов, токсинов, гормонов, аллергенов и посторонних химических веществ в пище (молоко, мед, соки, мясо, морепродукты, пшеница и др.);

• мониторингу окружающей среды: определение содержания пестицидов, ароматических углеводородов, тяжелых металлов и др.;

• определению динамики концентраций маркеров рака, некоторых антител, аллергенов, лекарств и гормонов.

Медиками было обнаружено, что в ряде случаев существует сильная корреляция между концентрацией глюкозы в крови и слюне. Поэтому и возникла идея измерения глюкозы в слюне на основе интерферометрии плазмонов.

Хочется еще раз отметить, что данный метод полностью неинвазивен, т.е. не требует забора крови и является точнее существующих аналогов.

Проект: Создание компактного устройства очистки воздуха от токсичных примесей (фильтра) на основе легированного нанокристаллического диоксида титана, автор — Миннеханов Антон.

Данная проблема глобальна, особенно для мегополисов, в которых мы проживаем. Подавляюще большинство находящихся в воздухе загрязнений имеют органическую природу. Основная масса летающей в воздухе пыли — отшелушившиеся остатки омертвевшего верхнего слоя кожи (эпидермиса), частицы волос, шерсти, ворса по большей части состоят из органики. Органическим веществом является никотин. Растворенные в воздухе органические вещества, попадая на рецепторы носа, воспринимаются нами как запах.

Требуются доступные и эффективные системы очистки.

Системы очистки на основе TiO2 обладают всеми качествами для эффективной очистки воздуха от органических загрязнений. В обычном своем состоянии диоксид титана является веществом, не обладающим заметной химической активностью. Зато, будучи облученным интенсивным лучом ультрафиолетового спектра, диоксид титана становится мощнейшим окислителем. Одним из важных свойств окислителей является их способность разлагать органические вещества на воду и углекислый газ.

Попав на поверхность, с нанесенным на ней диоксидом титана, частички органики под действием ультрафиолетового излучения разлагаются на углекислый газ и воду, которая тут же испаряется, увеличивая влажность воздуха. Благодаря этому фотокаталитические фильтры не нуждаются в очистке — их просто не от чего очищать, они не держать загрязнения в себе.

Главный недостаток существующих систем очистки на базе TiO2 — необходимость использования ультрафиолетового излучения.

На схеме использующейся в быту установки очень большой объем устройства занимает УФ лампа.

Было бы крайне удобным и позволило бы использовать такие фильтры более повсеместно, если бы устройство работало бы просто при видимом свете.

Простым способом повысить эффективность фотокатализа на диоксиде титана является легирование его кристаллической решетки атомами азота. Однако стабильные образцы такого состава до настоящего момента получить было крайне сложно, что затрудняет получение устройств на их основе.

В работе Антона были синтезированы образцы легированного диоксида титана, обладающие наилучшей фотокаталитической активностью при видимом свете и являющихся стабильными при длительном хранении в условиях повышенной температуры, что никак не сказывается на их функциональных свойствах.

Таким образом, совершен серьезный прорыв в такой важно для качества нашей жизни области.

Проект: Оптические фильтры для защиты глаз на основе фотонных кристаллов из пористого кварца, автор — Свяховский Сергей.

Как все знают, наши глаза — это основной источник информации о внешнем мире. И одной из острых проблем стоит защита глаза от травмирующего излучения, как например защита глаз пилотов от направленных в них лазерных лучей. Количество таких ситуаций в мире постоянно возрастает. Очень часто против специальных войск используют лазерные указки различной мощности для временного ослепления и причинения вреда здоровью. Лазерные устройства сейчас широко доступны и свободно продаются, хотя их мощности достаточно для того чтобы полностью выжечь сетчатку незащищенного глаза. И, хочется отметить, что длины волн подобных лазеров находятся в широком диапазоне.

Существующие защитные очки, которые представляют собой широкополосные фильтры, мало того, что приводят к ухудшению видимости, но и являются защитой только для одного вида лазерного излучения.

Автор данного проекта предлагает защитные очки из оптических фильтров на основе многослойных структур из пористого кварца. Каждый прозрачный слой защищает от определенной длины волны лазерного излучения и если их напылить достаточное количество, то можно практически наверняка защитить глаза от всех видов лазерных угроз.

Таким образом можно видеть как лабораторный проект можно использовать для решения важных практических задач.

Проект: Разработка сверхчувствительного сенсора электрического поля с высоким пространственным разрешением, автор — Жарик Георгий.

В современном мире появилось большое количество наноразмерных объектов, качество и характеристики которых надо тщательно исследовать, это и наноразмерные детали электронных приборов, такие как квантовые точки и кубиты, и молекулы ДНК и белков, и различные полупроводниковые поверхности, для которых важно исключить любые шероховатости, или наоборот отследить их качество.

В проекте Георгия предложен новый тип зонда для электронного микроскопа — одноэлектронный зонд, который представляет собой слоистую структуру, в которой особым образом напылены два электрода (сток, исток), находящиеся на расстоянии 2-4 нм друг от друга, с проводящим островом (наночастицей или молекулой) между ними, к которому подведен третий (управляющий) электрод — затвор. Все манипуляции по созданию такого зонда невозможно провести без сложнейшего оборудования, которое находится в лаборатории криоэлектроники.

Разрешающая способность такого зонда составляет 1 нм, в то время как существующие западные аналоги имеют точность — 20 нм.

Если немного изменить схему, то данный зонд можно использовать в качестве работающего одноэлектронного транзистора, входящего в состав электронных микросхем, что который представляет собой новый шаг к созданию нового поколения наноэлектроники.

Причем он будет функционировать не только при температуре жидкого азота, а даже при комнатной температуре.

Назад