ЛЕЧЕБНЫЕ ЛИНЗЫ

Малое инновационное предприятие ООО «Лиомед» создано в 2010 г. на базе проблемной научно-исследовательской лаборатории Кемеровского государственного университета (КемГУ). Коллектив занимается разработками полимерных материалов медицинского назначения с заданными практическими свойствами. В настоящее время на предприятии освоено производство полимерного гидрофильного материала для мягких контактных линз «Кемерон-1».

Новый материал отличается высоким (до 70%) водосодержанием, легкой кислородной проницаемостью, пластичностью. Геометрические параметры, заданные при вытачивании, устойчиво сохраняются в эксплуатации, обеспечивая отличные оптические характеристики.

Из такого материала уже можно изготавливатьконтактные линзы высокого качества для коррекции нарушений зрения от -30D до +30D.

Разработан и запатентован материал для изготовления тонированных мягких контактных линз.Такие линзы, подкрашенные в светло-голубые тона, необходимы слабовидящим пациентам для удобства манипуляций с ними.

В настоящее время творческий коллектив работает над внедрением в производство еще одной новинки — лечебной линзы. Глазные лечебные ионообменные линзы предназначены для оказания своевременной и эффективной помощи при ожогах и травмах глаз, интоксикации, вирусных и бактериальных поражениях. Применяемые в настоящее время в таких ситуациях капли и гели быстро вымываются слезами, а мази, напротив, сложно удалять тампонами, дополнительно травмирующими глаз.

 По проекту химика-аналитика ООО «Лиомед» аспирантки химического факультета КемГУ Виолеты Ле, в полимерный материал (тот же «Кемерон 1») добавили сорбент. В результате получили сырье для изготовления лечебных ионообменных линз (фото 1). Они одноразовые и за 15—20 мин своей жизни эффективно впитывают жидкие компоненты, травмировавшие глаз. При необходимости, можно использовать столько линз, сколько необходимо, до полной очистки. При поражении, например, щелочью, которая проникает глубоко в ткань глаза, поверхностное промывание растворами и каплями действенно только на поверхности, а в глубине процесс продолжается. Новые линзы не успокоятся, пока не вытянут все лишнее. Пригодятся они и для офтальмологов, использующих линзы в качестве лечебной повязки с нулевым диоптрием. Например, для предотвращения срастания глазного яблока с тканью века. А накрыв линзой наложенное на глаз лекарство, можно продлить его действие, сохраняя от смывания слезной жидкостью. Внедрение разработки в лечебную практику позволит уменьшить глубину и тяжесть повреждений, повысить эффективность лечения, уменьшить количество осложнений, значительно сократить сроки выздоровления.

В разработках изделий медицинского назначения использована технология радиационной блочной полимеризации, которая позволяет получать особо чистые полимеры с высокими эксплуатационными характеристиками. Работы проводятся на установке с ионизирующим гамма-излучением, выполняющим радиационную стерилизацию искусственных хрусталиков, игл для хирургии и т.п.

МИКРОСКОП БЕЗ ЛИНЗ

В последнее время в области оптотехники созданы принципиально новые виды систем видения, основанные на методах цифровой обработки изображений. Особое внимание уделяется созданию цифровых систем видения с использованием методов решения обратных задач — восстановления изображений объектов и улучшения качества полученных изображений. Такой подход позволяет увеличить разрешающую способность системы видения и одновременно снизить требования к точности изготовления оптических и механических деталей.

Одним из направлений оптотехники, в котором методы решения обратных задач играют ключевую роль, является цифровая голографическая микроскопия, где в качестве регистрирующего элемента используется не фотопластинка, требующая сложных фотохимических процедур, а матричный приемник излучения. В этом случае восстановление изображения объекта происходит не в физическом, а в виртуальном пространстве с помощью математических моделей физического пространства.

К настоящему времени создано множество схем цифровых голографических микроскопов, как правило, имеющих сложную кон­струкцию, которые включают в себя объективы и узлы настройки на фокус. А раз есть оптика, то остаются и погрешности, связанные с ней: аберрации, вибрации, погрешности монтажа. Схемы же без применения объективов обладают низким разрешением.

Однако существует возможность создания безлинзового цифрового голографического микроскопа (БЦГМ) без объективов и с разрешающей способностью на уровне схем с применением объективов за счет использования опорного источника со сферическим волновым фронтом вместо плоского. Оригинальная схема безлинзового цифрового голографического микроскопа (БЦГМ) разработана сотрудниками ООО «Интеллектуальная оптоэлектроника». Конструкция такого микроскопа существенно проще и компактнее традиционных.

В этом случае минимальный полупериод интерференционной картины можно сделать больше размеров пикселя матричного приемника, что позволяет зарегистрировать цифровую голограмму без потери информации. Основными компонентами такого БЦГМ являются простейший полупроводниковый лазер, цифровая камера, оптическое волокно и микрооптоэлектромеханический фазовый модулятор. Благодаря этому для изготовления деталей не требуется сложных высокотехнологичных и высокоточных производств, крупных сборочных площадок, поскольку большая часть производства замещается программным кодом. Габариты БЦГМ могут быть соизмеримы с размером булавочной головки, а электропитание и передача изображения организованы по интерфейсу USB. Снижение массогабаритных показателей, в свою очередь, существенно улучшает виброустойчивость и повышает точностные характеристики интерференционного прибора.

Излучение источника с волоконно-оптическим выводом разделяется на два канала — осветительный и опорный. Излучение осветительного канала проходит через наблюдаемый объект и образует дифракционную картину объекта в плоскости матричного приемника. Сюда же приходит излучение со сферическим волновым фронтом, поступающим из опорного канала, образуя голографическую картину. Полученное распределение интенсивностей голографической картины регистрируется матричным приемником.

Безлинзовые микроскопы найдут применение для исследования биологических объектов, контроля состояния биочипов, для создания карманных систем определения подлинности защитных голограмм и документов. Они проконтролируют толщину напыления или глубину канавок, облегчат сборку, юстировку и контроль качества микромеханических систем.

ИНФОРМАЦИЯ: БЫСТРО И БЕЗ ПОТЕРЬ

Выигрывает тот, кто владеет информацией. Впрочем, эта максима уже стала трюизмом. В современных глобальных информационных системах решающим фактором становится не просто хранение, но и обмен данными. И теперь в выигрыше оказывается тот, кому это удается с большей скоростью и наименьшими потерями и искажениями.

Денис Курсов из Белгородского государственного университета (БелГУ), разработал технологию беспроводной связи, которая имеет максимальную на сегодняшний день помехоустойчивость и позволяет увеличить скорость обмена информацией на 20% в сравнении с самыми продвинутыми современными системами. Фактически это технологический базис для сетей 5-го поколения. Создан новый ортогональный базис на оригинальном математическом аппарате, что позволяет более эффективно уплотнять каналы, повышая тем самым скорость передачи.

Если эту технологию применить в системах цифровой радиосвязи, можно вдвое увеличить дальность связи за счет уникальной помехоустойчивости. Технология защищена пат. 2459359.

БЕСПИЛОТНИКИ НА СУБОРБИТЕ

Дорогу в космос прокладывали выдающиеся выпускники МГТУ им. Н.Э.Баумана, среди которых С.П.Королев — конструктор и организатор производства российской ракетно-космической техники, В.П.Бармин — академик, конструктор реактивных пусковых установок, ракетно-космических и боевых стартовых комплексов, Н.А.Пилюгин — академик, инженер-конструктор в области систем автономного управления ракетными и ракетно-космическими комплексами, и многие другие.

Замечательные традиции отечественной космической школы продолжают молодые ученые.

Николай Муллин, аспирант кафедры «Космические аппараты и ракеты-носители»), инженер, основатель ракетомодельного клуба разрабатывает интересный проект освоения «мертвой зоны» околоземного космоса. Это высоты порядка 100 км, где атмосфера уже слишком разрежена для зондов и авиации, но все же слишком плотна для эффективных и длительных полетов космических аппаратов.

Именно здесь можно выполнять большой круг задач. С минимальными затратами и риском сюда нетрудно доставлять элементы спутника, научную аппаратуру, биологические объекты для испытаний в условиях невесомости. Эти высоты идеальны и для мониторинга больших площадей поверхности Земли в случае катастроф на море, лесных пожаров и т.п., когда, например, траектория спутника не совпадает с районом поиска, а счет идет на минуты.

Аппараты Муллина невелики по размерам, всегда готовы к старту, пилотируются командами с Земли. Оперативно взлетев и оглядевшись, передают информацию и возвращаются практически без потерь, поскольку даже система выведения частично многоразовая и возвращается на парашюте к месту старта. Вскоре после замены некоторых блоков они вновь готовы к полету.

Особенно четко отработана система автопилотирования, использующая попутные воздушные потоки, что позволяет экономить топливо. Стартует аппарат с прижатыми крыльями, а потом, регулируя их стреловидность, система управления выбирает оптимальные режимы для достижения максимальной подъемной силы. А на спуске это, по сути, планер, парящий без помощи двигателя. Конструкторы хотят добиться аэродинамического качества, близкого к настоящему планеру. Прямоточный реактивно-воздушный двигатель, как и многие элементы конструкции, производит наша космическая промышленность. Детали, самые сложные по конфигурации, печатаются на 3D-принтере. Аналогичные испытания с эффектом невесомости на ИЛ-76 обходятся намного дороже.

МАГНИТНЫЕ ПИЛЮЛИ ДЛЯ МОЗГА

С Дмитрием Лопатиным мы познакомились на Селигере. Летом прошлого года он представлял там свой проект «Печатаемые гибкие солнечные батареи», за что и стал финалистом Зворыкинской премии-2013 в номинации «Чистые технологии». А уже через полгода выступил с новым проектом — «Портативный магнитный энцефалограф», переоборудовав обычную строительную каску в лечебно-диагностический аппарат.

Сейчас распространена процедура электроэнцефалографии (ЭЭГ), в ходе которой считываются и анализируются электрические токи в коре головного мозга. Причем только поверхностные, поскольку через ткань они не проходят, в отличие от магнитных, которые можно фиксировать в глубинных отделах. Мозг уже достаточно изучен, известны центры, управляющие различными функциями организма. Да и сам метод магнитной энцефалографии известен ученым. Оставались технические проблемы легкой доступности к нужным участкам для их диагностики и лечения. Аппараты магнитной энцефалографии на основе сверхпроводящих датчиков хороши для лабораторных исследований, но слишком дороги и громоздки для повседневного медицинского и бытового использования. Существующие аппараты магнитной стимуляции также не позволяют производить точечное воздействие на пораженные зоны мозга, что приводит с снижению эффективности лечения.

На фирме «Фотохимэлектроника» при Кубанском государственном университете, возглавляемой молодым ученым Дмитрием Лопатиным, создали датчики магнитного поля, по точности сравнимые со сверхпроводящими. На основе разработок по гиротропным и метаматериалам удалось сконструировать такие приемные катушки для детектирования магнитных полей тела и мозга, которые дают на порядки более высокую точность, чем электроэнцефалография. Теперь можно считывать сигналы подкорковых слоев мозга, за счет чего кардинально расширяется объем выполняемых команд. В принципе, система похожа на эхолокацию, но вместо ультразвука используется проникающий и отраженный магнитный импульс, что позволяет проводить стимуляцию глубинных слоев и ствола головного мозга, а также точечно воздействовать на участки размером 5х5 мм, что пока не доступно стандартным аппаратам. Такое воздействие происходит при сложении магнитных полей от нескольких катушек, что позволяет создавать поле до 2,5 Тл на расстоянии до 5 см.

Круг проблем, решаемых магнитоэнцефалографией, широк. Сосудистые заболевания головного мозга остаются одной из острейших медико-социальных проблем, наносят огромный экономический ущерб государству и обществу. Они являются основной причиной госпитализации, длительной потери трудоспособности и инвалидности, занимают второе место среди причин смертности взрослого населения России, где ежегодно регистрируется больше 400 тыс. инсультов.

Воздействуя на определенные зоны мозга, можно лечить последствия инсульта и параличей, выводить пациентов из комы. Усиление слабых сигналов здоровых клеток может помочь в лечении ряда трудноизлечимых хронических заболеваний. Воздействуя на определенные зоны, можно вводить пациента в состояние медленного сна, контролировать фазы и характер сновидений, лечить от ожирения. Предполагается в одном «головном уборе» соединить индуцирующие и приемные датчики в режиме обратной связи, с тем чтобы тут же корректировать обнаруженные отклонения. По мнению авторов, пользоваться таким устройством будет настолько просто, что его можно использовать в домашних условиях. Хотя бы для диагностики.

Датчики магнитного поля компактны и сравнительно дешевы. С их помощью можно создавать узконаправленное магнитное поле, чего нет у конкурентов.

Фирма сотрудничает с лабораториями нейрофизиологии МГУ, американской организацией по ускорению обучения и финской лабораторией по нейробиологии.

Другое перспективное направление — разработка нейрокомпьютерных интерфейсов. В настоящее время интерфейс компьютера развивается по пути максимального сближения с человеком для увеличения скорости ввода информации. Вначале появились клавиатуры, затем мышки, недавно начали использовать планшетные плакаты, сейчас появились системы бесконтактного ввода информации — проекционные клавиатуры. И все они стремятся к соединению с нервной системой человека. На рынке уже появились игровой интерфейс Emotiv EPOC, который позволяет управлять объектами в игре, а также система мысленного ввода текста Intendix.

Техническая новизна — применение интерференции и сложения магнитных полей, применение современных искусственных материалов, а также использование квантовых эффектов. Разработаны лабораторные образцы датчиков и узконаправленных катушек. Запатентована методика воздействия на зоны мозга.

РЖАВЕЕТ МЯГКО И ДОЛГО

Промышленные системы и устройства становятся все сложнее. Для их создания необходимы новые перспективные материалы с повышенной коррозионной стойкостью. Известно, что ресурс работы больше половины от всего оборудования энергетических, перерабатывающих и нефтехимических производств (сосуды, котлы, цистерны, емкости, реакторы, сепараторы и др.), эксплуатирующегося в высокоагрессивных средах, не превышает 1,5—2 лет и в значительной степени ограничивается процессами коррозионного разрушения. И это притом, что в 30% всех аппаратов, задействованных в промышленности, используются коррозионно-стойкие материалы.

Наиболее опасным является процесс питтинговой (точечной) коррозии. Она поражает малые объемы (меньше 0,001%) металла, но имеет характер остронаправленных, быстроразвивающихся поражений. К примеру, для нержавеющей стали 12Х18Н10Т в среде, содержащей анионы йода, брома, хлора и др., скорость питтинг-коррозии может достигать 6 мм/год, что неизбежноприводит к разгерметизации рабочих зон и создает угрозу безопасности персонала и объекта в целом.

Специалисты ООО «РОМЕТ» из г. Пенза придумали оригинальную технологию протекторной питтинг-защиты. Разработанный ими многослойный металлический материал (фото 2) — это новый класс материалов, устойчивых к коррозии и перепадам температур. Оборудование, сделанное с их использованием, стоит значительно дешевле, а срок его эксплуатации намного выше. Принципиально новым является создание внутренних слоев-протекторов, которые противостоят коррозии.

Основой проекта является использование многослойных металлических материалов с протекторным защитным слоем взамен монометаллических или биметаллических коррозионно-стойких материалов. Состав и количество слоев (не меньше 3) выбирается в зависимости от характеристик среды эксплуатации изделия и соотношения электрохимических потенциалов в данной среде таким образом, чтобы слой, непосредственно контактирующий с агрессивной средой, имел бы высокую стойкость против общей коррозии, обладал достаточно высоким электрохимическим потенциалом и мог подвергаться только питтинговой коррозии. К второму слою требования не так строги. Он служит протектором и является жертвенным металлом по отношению к первому. При достижении агрессивной средой второго слоя в нем начинается обычная горизонтальная коррозия, текущая относительно долго, не грозящая остриями катастрофическими проколами. Таким образом, скорость коррозионного разрушения изделия снижается и поддается контролю.

Инновационный многослойный металлический материал с протекторной питтинг-защитой был получен по технологии сварки взрывом. Высокие показатели коррозионной стойкости такого металла достигаются за счет разности электрохимических потенциалов слоев, входящих в его состав. К тому же многослойный металл обладает уникальным свойством, позволяющим выявлять коррозионные разрушения на ранних стадиях их образования неразрушающими методами контроля. Отчего можно избежать аварийности высокотехнологичных конструкций, работающих под воздействием агрессивных сред. Это совершенно новый продукт на рынке коррозионно-стойких материалов, аналогов которому на данный момент не существует.

Металл, полученный по новой технологии, повышает ресурс работы оборудования от 5 до 15 раз,в зависимости от степени агрессивности среды, по сравнению с нержавеющими сталями. Можно проводить незатратную и безопаснуювнешнюю диагностику коррозионных процессов, в том числе с применением метода ультразвукового контроля. Механизмы из такого металла нормально работают при температурах до 750°С. Дорогостоящие компоненты сведены к минимуму. Технология запатентована больше чем в 30 странах. В 2012 г. разработчиками был получен евразийский патент на изобретение.

РАДИАЦИЯ ЛЮБИТ ТОЧНЫЙ СЧЕТ

Как вам понравится прибор, работающий с погрешностью до 70%? Ну ладно если речь идет о замерах, в которых и от таких ошибок большой беды не будет. Для дозиметров, измеряющих мощность радиационного излучения, такая неточность может оказаться роковой. Традиционные дозиметры используют старый добрый счетчик Гейгера, точностью не отличающийся.

На московской фирме «Радиационные технологии», руководимой Павлом Кудриным, создали дозиметр Smart Spectrum (фото 3) — прибор для измерения мощности дозы гамма-излучения, построенный на платформе инновационного детектора SiPM и сцинтиллятора йодида цезия. Уникальная методика обработки сигнала детектора, разработанная командой проекта, позволяет нивелировать систематическую погрешность измерений, свойственную традиционным дозиметрам. Высокая чувствительность детектора и автоматизированная корректировка результатов в зависимости от энергии и биологического эффекта излучения позволили создать высокоточный прибор нового поколения для радиационных измерений.

Научная обоснованность, патентная чистота, конкурентные преимущества технологии, опыт команды и потенциал коммерциализации подтверждены экспертным советом Фонда «Сколково», творческому коллективу присвоен статус резидента, №1120580 от 07.05.2013 г. (кластер ядерных технологий). По теме проекта имеется 15 публикаций в российских и зарубежных изданиях, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК.

Научную новизну и преимущества предлагаемых в проекте решений обеспечивает применение методов спектрометрии для измерения индивидуальных доз облучения, полученных персоналом на радиационно-опасных объектах. В конструкции использован твердотельный фотоэлектронный умножитель (SiPM) в совокупности с современными сцинтилляционными материалами при индивидуальном дозиметрическом контроле. Прибор обеспечивает онлайн-измерения и глубокую аналитику спектра гамма-излучения при малых габаритах устройства и самое главное — недостижимую для современных приборов точность измерений. И все это при вполне конкурентоспособной себестоимости.

Проект «Дозиметр Smart Spectrum» направлен на качественную модернизацию средств индивидуального дозиметрического контроля с целью повышения безопасности персонала радиационно-опасных объектов. Технология может быть транслирована на рынок экологического мониторинга, а также на бытовой рынок для нужд населения.

Основными потребителями будут атомные электростанции, промышленные объекты, производство, связанное с вредным воздействием радиационного излучения и требующее обязательного контроля за облучением персонала (плановым и аварийным). Также в соответствии с руководящими документами регламент работ в сфере добывающей промышленности (нефтедобывающая промышленность, газовая промышленность, добыча руд и полезных ископаемых) должен включать в себя дозиметрический контроль. В 2012 г. объем рынка составил 1,2 млрд долл., а к 2017 г. прогнозируется рост до 2 млрд долл.

В настоящее время рынок приборов индивидуального дозиметрического контроля имеет относительную научно-техническую стагнацию, поскольку достигнуты пределы чувствительности ввиду практически повсеместного использования счетчиков Гейгера и развитие идет по пути лишь добавления современных интерфейсов и написания прикладного программного обеспечения.

Получен пат. 2366979 на изобретение «Способ стабилизации энергетической шкалы многоканальных сцинтилляционных спектрометров гамма-излучения». Готовится международная заявка на изобретение PCT в отношении способа обработки спектрометрического сигнала.