ВЫСОКОЕ ПРИЗНАНИЕ
Радостная новость пришла в Томский научный центр Сибирского отделения РАН: учёные Института физики прочности и материаловедения СО РАН удостоены высокой награды — премии имени выдающегося учёного, вице-президента РАН, председателя Сибирского отделения, иностранного члена НАН Беларуси академика Валентина Афанасьевича Коптюга.
О. Булгакова, г. Томск
Получил её авторский коллектив под руководством С. В. Панина, д.т.н., зав. лабораторией полимерных композиционных материалов (ИФПМ СО РАН), в состав которого вошли профессор Б. А. Люкшин, зав. кафедрой механики, графики и управления качеством (ТУСУР), Л. А. Корниенко, к.ф.-м.н., с.н.с. (ИФПМ СО РАН), Л. Р. Иванова, главный технолог (ИФПМ СО РАН). Серия работ была проведена совместно с белорусскими коллегами из Института механики металлополимерных систем НАН Беларуси (научный руководитель — чл.-корр. Ю. М. Плескачевский, председатель Гомельского филиала НАН Беларуси, к.т.н. С. В. Шилько, зав. отделом, д.ф.-м.н. Э. И. Старовойтов и к.т.н. Д. А. Черноус).
 |
|
Институт физики прочности и материаловедения и белорусских партнёров связывают прочные контакты, совместные исследования ведутся уже более десяти лет. В 2002 году авторский коллектив, который возглавил академик В. Е. Панин, совместным постановлением НАН Беларуси и Сибирского отделения РАН был отмечен премией имени академика В. А. Коптюга. В 2006 году этой премии была удостоена группа сотрудников института во главе с профессором А. Г. Князевой. Нынешняя работа выполнена в течение 2009–2011 гг. в рамках совместного научного проекта БРФФИ и РФФИ «Разработка, диагностика и аттестация наноструктурированных полимерных композиционных материалов для имплантатов» (2010–2011), совместного научного проекта фундаментальных исследований НАНБ и СО РАН «Создание отечественных биосовместимых нанокомпозитов на основе СВМПЭ и ПТФЭ для эндо- и кардиопротезов».
— С 2006 года в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН активно развивается научное направление по разработке полимерных композиционных материалов с использованием методов высокоэнергетических воздействий. Присуждение премии нашему авторскому коллективу является очень значимым событием: это признание данного направления, высокая оценка полученных нами результатов, — отметил Сергей Викторович Панин.
Премии удостоена серия работ на тему «Микро- и наноструктурные полимерные композиты технического и медицинского назначения: компьютерный дизайн, эксперимент, внедрение». Проведенные исследования направлены на создание функциональных, прежде всего, конструкционных, антифрикционных и биосовместимых полимерных композитов и являются междисциплинарными, а именно, на стыке материаловедения, механики и трибологии.
— Универсальность и эффективность развиваемого подхода заключаются в том, что компьютерный дизайн позволяет на качественно новом уровне проектировать и создавать новые материалы различных классов с заданными одновременно несколькими эффективными характеристиками. Был получен целый ряд новых материалов: металлополимерные и полимерные композиты на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМП) технического и медицинского назначения, трикотажные материалы для эксплантатов, — поясняет С. В. Панин. — Для нас очень важно, что полученные результаты имеют большое практическое (социальное и экономическое) применение.
Итак, учеными Томска и Гомеля созданы: ротабельный вариант дискового искусственного клапана сердца с полимерным антифрикционным элементом, опытный образец эндопротеза головки шейки бедра, уплотнительные втулки клапанов высокого давления для ООО «Томскнефтехим», футеровка рудоспусков на руднике «Интернациональный» (г.Мирный).
В чем же новизна метода компьютерного дизайна?
— Акцент сделан на создание научных основ разработки материалов, исходя из требуемых свойств путем «конструирования» структуры, и выражается в активном применении в материаловедении современных методов механико-математического моделирования наряду с традиционным использованием мощного арсенала физико-химических методов, — поясняет Сергей Викторович.
Известно, что у всех материалов при изменении масштаба анализа проявляется внутренняя структура, и управление эффективными характеристиками материалов естественно основывать на изменении этой структуры. Полимерные системы представляют собой объекты, в которых такое управление реализуется относительно просто. Так, применение наполнителей с различными размерами, формой, физико-механическими, электро- и теплофизическими свойствами позволяет технологически простыми методами регулировать практически все характеристики композита. Управляющими параметрами являются степень наполнения, размеры и форма включений, уровень межфазного взаимодействия (адгезия).
Полимерные материалы, армированные дисперсными частицами или волокнами, приобретают выраженную многоуровневую структуру, в которой каждое включение является самостоятельным элементом. Когда частицы наполнителя имеют размеры порядка десятков микрон, а это относится к подавляющему большинству промышленно выпускаемых полимерных композитов, особенности строения полимерной матрицы можно не учитывать, считая материал матрицы однородным. Если армирующие включения определяются как субмикронные или наноразмерные, они становятся сопоставимыми с надмолекулярными структурами — ламелями, сферолитами, лентами, пачками, глобулами и т.д., что радикальным образом меняет механизм упрочнения.
Таким образом, для полимерных композитов, армированных дисперсными и волокнистыми включениями микронных размеров, на первом (макромеханическом) уровне анализа принимается, что полимерная матрица является однородной и изотропной средой. Этот уровень рассмотрения даёт общие и приближенные оценки исследуемых параметров. Принципиально важным следующим шагом компьютерного дизайна является выделение весьма малого, но вместе с тем представительного фрагмента неоднородного материала. Схематизация этого фрагмента дает гораздо более адекватное (по сравнению с макроскопической моделью) описание композита как упорядоченного набора структурных единиц, называемых также ячейками периодичности. Определение напряженного состояния на этом уровне позволяет приблизиться к физике полимеров и технологии композитов, а именно, прогнозировать эффективные характеристики материала, прежде всего механические и триботехнические показатели, в зависимости от степени наполнения и адгезии, размеров и формы включений, деформационно-прочностных параметров матрицы, включений и межфазного слоя.
— В фундаментальном аспекте компьютерный дизайн материалов позволяет анализировать и прогнозировать новые явления в нано- и микроструктурах, в прикладном — способствует скорейшему освоению отечественного производства биосовместимых полимерных композитов на основе политетрафторэтилена, сверхвысокомолекулярного полиэтилена и других полимеров, — отметил учёный в заключение диалога.
В № 14 «НВС» уже упоминалось о том, что среди докладов, сделанных на заседании Совета РАН, прошедшем в Томском научном центре в конце марта, была презентация Технологической платформы «Медицина будущего», разработанной в СибГМУ с участием Томского научного центра СО РАН. Это крупный прорывной проект, сформированный на базе интеграции академической, вузовской науки, бизнеса, промышленности и органов власти. В своем докладе Л. М. Огородова, чл.-корр. РАМН, тогда отметила:
— В настоящее время порядка 80–90 % лекарственных препаратов и техники выпущены иностранными компаниями. Согласно статистическим данным, демографические показатели и уровень жизни к 2020 году ещё не смогут достигнуть доперестроечного уровня. Цель платформы — создать сегмент медицины будущего, базирующийся на совокупности «прорывных» технологий, определяющих возможность появления новых рынков высокотехнологичной продукции и услуг, а также быстрого распространения передовых технологий в медицинской и фармацевтической отраслях. Для этого необходимо использовать завоевания науки и техники, наиболее значимые результаты, достигнутые в области химии, физики и других наук: только таким образом можно совершить прорыв вперед.
Иными словами, платформа объединит прорывные технологии, которым предстоит решить сверхзадачу — качественно изменить ситуацию в отечественной медицине. Как известно, Институт физики прочности и материаловедения является головной организацией в одном из шести разделов платформы — «Новые медицинские материалы». Помимо этого, теперь ИФПМ СО РАН и ИММС НАНБ вошли в состав участников «Медицины будущего» в разделе «Технология создания биосовместимых материалов» (направление «новые биоматериалы для тканевой и костной имплантации».
Учёными созданы новая конструкция дискового искусственного клапана сердца (ИКС) с применением биосовместимых полимеров. Организация их производства позволит комплектовать медицинские учреждения отечественными искусственными клапанами, не уступающими мировым аналогам. При этом стоимость имплантата не превысит 600 у.е. — вместо 2600 у.е. за иностранный образец. Применение ИКС с адаптивной ротацией позволит снизить гемокоагуляцию и гемолиз, уменьшить риск послеоперационных осложнений, повысить качество хирургических операций. Исходя из уровня заболеваемости в России, годовая потребность учреждений здравоохранения РФ в искусственных клапанах сердца составляет примерно 30 тысяч единиц. Таким образом, ожидаемый экономический эффект составит около 64 млн долларов.
Необходимо отметить и разработку методом компьютерного дизайна образцов материала перспективного и полностью полимерного протеза клапана сердца. Эндопротез головки шейки бедра тоже относится к числу прорывных разработок. Согласно данным исследований, сейчас в России существует большая потребность в таких имплантатах на основе металлов и сплавов с биопокрытиями (1217 тыс. комплектов —
399,7 млн долларов) и на основе керамики с биопокрытием (406 тыс. комплектов — 133,3 млн долларов). Таким образом, достижения учёных Томска и Гомеля призваны совершить переворот в отечественной медицине, помочь в решении сверхзадачи — сделать современную медицинскую помощь эффективнее и доступнее.
В то время как в ИФПМ СО РАН и ИММС НАНБ шла работа над названными проектами, в рамках нового научного направления (компьютерный дизайн полимерных композитов и имплантатов на их основе) была подготовлена докторская диссертация (С. В. Шилько), защищена кандидатская диссертация (Н. Ю. Гришаева) и завершены три кандидатские диссертации (С. Ваннасри, С. Пирияон, Т. Пувадин). Исследования коллектива учёных ИФПМ СО РАН под руководством С. В. Панина поддержана ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», а также грантом Президента РФ для государственной поддержки молодых российских учёных — докторов наук.
Иными словами, учёные постоянно подтверждают то, что уровень исследований, которые ведутся в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, очень высок, а полученные результаты соответствуют мировым стандартам. И точка в этом процессе никогда не будет поставлена, потому что настоящий научный поиск — это всегда покорение новых вершин. А за каждой взятой вершиной следует новая...
Фото В. Бобрецова
стр. 3
|
