6 необычных приборов и установок, которыми пользуются в научных лабораториях России

1. Космическая фабрика по синтезу биохимических молекул

Экспериментальная установка может создавать космос в условиях лаборатории. А точнее, воспроизводить внутри себя условия из разных точек Вселенной — например, мест образования звёзд или холодных молекулярных облаков. Собрали такую установку учёные из Самары, и заработать она должна до конца 2023 года. Проводить эксперименты на фабрике будут в Центре лабораторной астрофизики СФ ФИАН. С помощью установки исследователи планируют изучать, как формируются сложные органические соединения в космосе, и тестировать перспективные материалы для обшивки спутников, ракет и космических кораблей на радиационную прочность.

Принцип работы фабрики такой: мощные насосы создают внутри сверхвысокий вакуум, а регуляторы — выстраивают нужный уровень температуры, от −269 до +76 ºС. Главный элемент конструкции — серебряное зеркальце размером в 1 см². Во время экспериментов оно, подобно частицам звёздной пыли, покрывается тонким слоем льда, а затем прицельно облучается пучками фотонов, электронов и прочих частиц. Исследователи рассчитывают, что в результате удастся получить биологически важные молекулы, аналогичные тем, что образуются во Вселенной. Только во много раз быстрее: десять часов работы на фабрике будут приблизительно равны миллиону лет облучения в космосе.

2. Рыбоводная установка замкнутого водоснабжения (УЗВ)

Такая есть в Молодёжной лаборатории генетических технологий в агро- и аквахозяйстве ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста. Рыбоводная установка — система искусственных водоёмов, в которых рыбы растут от оплодотворённой икринки до взрослой особи. Главная фишка установки в том, что воду там не нужно постоянно обновлять и чистить. За её состояние отвечает многоступенчатая система из разных фильтров. В такой установке рыба растёт быстрее, а ресурсов на её содержание уходит меньше, чем в аквариуме.

Конечно, это нужно не для подготовки будущего обеда научных сотрудников, а для сохранения биоразнообразия. Сейчас питерские исследователи работают с осетровыми. В установке разместили экспериментальную популяцию сибирского осетра из более 300 особей. Вообще же, у учёных собрана коллекция образцов генетического материала разных видов рыб. Например, уже есть паспорт для стерляди из 12 микросателлитных маркеров (участков в ДНК). Такие данные помогут в селекционной работе — определять чистопородность особей будет проще.

3. Комплекс с молекулярными детекторами

Установка занимается фишингом — это своего рода рыбалка, только вместо окуней и карасей комплекс ловит единичные биомакромолекулы: белки или нуклеиновые кислоты. Учёные хотят использовать такие частицы для ранней диагностики заболеваний или их профилактики.

В России подобный комплекс один — УНУ (уникальная научная установка) «Авогадро». Он находится в Научно‑исследовательском институте биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича. Учёные там уже определили референтную группу биомакромолекул, которую можно считать нормой для здорового человека. То есть создали настоящий «молекулярный портрет здоровья». Именно с ним, используя математические алгоритмы, получится сравнивать результаты анализов людей — искать маркеры, сигнализирующие о необходимости лечения или корректировки образа жизни.

4. Муфельная печь

В такой установке не готовят пироги и пиццы. Муфельная печь нужна для обеззараживания материалов, создания монокристаллов и проведения исследований. Внутри неё есть защитная оболочка, которая не даёт обжигаемому предмету контактировать с топливом и продуктами сгорания.

Муфельная печь не редкость в научных центрах. Например, её используют в Лаборатории экологических проблем постиндустриальной агломерации ЮУрГУ. Исследователи там ищут решения для снижения загрязнённости окружающей среды в крупных городах с заводами и промышленными предприятиями. Для этого учёные разрабатывают новые материалы, например современные фильтры для очистки жидкостей и газов.

5. Роботизированная ячейка для многоосевой 3D‑печати

Такая система для отработки многоосевой печати есть в научно‑исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» в Пермском политехе. Особенность этой технологии в том, что она позволяет создавать объекты, наплавляя материал поэтапно — слои могут быть не только плоскими, но и трёхмерными. Роботизированная ячейка пермской лаборатории пригодна для работы с разными инженерными «чернилами», например PEEK, Ultem, PA, PSU.

С помощью этого и других инструментов исследователи политеха занимаются изучением физико‑механических свойств биоматериалов и поиском методов контроля за ними. Одно из их достижений — разработка математической модели для выращивания кожи человека. Она будет полезна для создания 3D‑имплантов, а также для изучения болезней, в том числе карциномы — так называют рак эпителия.

6. Площадка для изготовления медицинских имплантов

Она создаётся на базе Лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ. Там будут тестировать два способа изготовления имплантов — селективное лазерное спекание (СЛС) и прямое лазерное выращивание (ПЛВ). Первый уже давно используют в медицине, а вот второй — нет. Однако у ПЛВ есть несколько потенциально полезных особенностей. Например, оно позволяет создавать конструкции со сложными внутренними структурами и необычными формами — неспроста его применяют в автомобилестроении и авиации.

Материалом для экспериментов выступят разные медицинские сплавы, которые томские учёные уже разработали. Создавать планируют 3D‑изделия, способные исправить дефекты костей. Кроме собственно печати, специалисты ТГУ будут заниматься проверкой имплантов на биосовместимость с человеческим телом, изучением их функциональности и других свойств. Цель исследователей — сделать 3D‑импланты максимально персонализированными. То есть такими, которые бы отвечали конкретным требованиям медицинских случаев и индивидуальным параметрам организма человека.