Проекты молодых ученых

+1 спикер

На марафоне «Знание» о науке будущего» у молодых ученых была возможность рассказать о своих проектах. Это очень интересно: и проекты полезные, и глаза у молодых ученых горят! Доцент кафедры лазерных и аддитивных технологий КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева рассказал о лазерно-акустических аддитивных технологиях. Победитель конкурса «Умник-аэронет» поведал об экологичном методе очистки орбиты Земли от космического мусора. Доцент кафедры органической и медицинской химии хим. института им. Бутлерова КФУ выступила со сложной, но интересной темой «Полифункциональные частицы оксидов неметаллов и макроциклических соединений для 3D конструктора самособирабщихся наноструктур». А о раке и иммунитете рассказала Младший научный сотрудник лаборатории генных и клеточных технологий КФУ.

Конспект

Горунов Андрей, доцент кафедры лазерных и аддитивных технологий КНИТУ-КАИ им. А. Н.Туполева, рассказывает про аддитивные технологии (технологии 3D-моделирования и 3D-печати), про лазерно-акустическое оборудование (лазерный ультразвук) и другие проекты, над которыми сейчас работают российские молодые ученые (Кристина Китаева, Дмитрий Кириченко, Людмила Якимова).

Аддитивные технологии

Аддитивные технологии очень хорошо зарекомендовали себя практически во всех отраслях: машиностроение, медицина, самолетостроение. Даже еду уже печатают с помощью 3D-принтера. Андрей с коллегами занимаются металлами и печатают изделия из металла.

Как сегодня управляют процессом печати изделий? Регулируют параметры процесса печати, например мощность лазерного излучения. Можно менять скорость истечения газопорошковой смеси, можно менять перемещение лазера относительно поверхности.

Однако общепринятые подходы имеют и ряд недостатков. Ученый

говорит об этом:

Мы не можем бесконечно увеличивать мощность лазера или ту же скорость перемещения печатающей головки относительно поверхности. Поэтому сегодня разрабатываются новые методы 3D-печати. Например, метод воздействия на деталь в процессе печати внешними воздействиями, к числу которых относят ультразвук. 

То есть фактически ученые воздействуют на объект в процессе печати акустическими колебаниями с различными частотами. 

В рамках проведённых исследований была проведена работа по восстановлению титановых лопаток. Была выращена лопатка для газотурбинного двигателя и осуществлена ремонтная технология. Благодаря использованию ультразвука ученые увеличили прочность изделий на 21%. Для исследователей это феноменальный показатель. Однако аддитивные технологии — далеко не единственное направление, в котором ведутся исследования молодыми учеными и разработчиками.

Лазерно-акустическое оборудование 

Дмитрий Кириченко, победитель конкурса «Умник-аэронет», рассказывает про космический мусор на орбите Земли и подходы, которые помогают с ним бороться.

Люди в космосе очень много мусорят. Эта тема в современном мире очень важна, так как загрязнение космического пространства влияет на запуски пилотируемых аппаратов. 

В космосе на данный момент более 500 тыс. кусков мусора: от материалов краски длиной в 1 см до больших обломков космических аппаратов или систем коммуникации, которые вышли из строя. Все они кружат на нашей орбите и мешают работающим спутникам, системам коммуникации и МКС. 

Европейское космическое агентство представило свой вариант борьбы с космическим мусором — это некий управляемый блок, невод с гарпуном, который подводится к космическому мусору и захватывает его сетью, а потом уводит с орбиты.

Такой метод хорош для больших спутников, вышедших из строя. Однако отловить с его помощью те же 500 тыс. фрагментов краски или каких-то других элементов невозможно. Кириченко предлагает воздействовать лазерным излучением на эти элементы. 

Ученый рассказывает о своем проекте:

Сначала мы испускаем импульс на данный материал. Происходит его преобразование. Образуется реактивная тяга, что позволяет уводить данные объекты с орбиты. Мы можем помочь контролируемо спускать фрагменты мусора с орбиты, далее они могут догорать в плотных слоях атмосферы, тем самым мы весьма эффективно сможем очистить нашу орбиту. 

Ученым также представлен импульсно-диодный лазер, он работает на частоте в 20 Гц. Для испарения необходима мощность порядка 200 МВт на 1 кв. см поверхности. Обычными непрерывными лазерами этого не добиться, поэтому идея Дмитрия предполагает использование частотных лазеров. 

Для них 200 МВт — вполне достижимая цель. Разработчики выиграли грант и сейчас проводят все исследования. Возможно, именно отечественные ученые станут теми, кто сумеет очистить околоземную орбиту.

Современные методы лечения рака

Кристина Китаева, младший научный сотрудник лаборатории генных и клеточных технологий КФУ, объясняет, как связаны иммунитет и рак, а также рассказывает про современные молекулярные методы лечения рака.

Кристина рассказывает про один из самых эффективных на сегодняшний день методов лечения рака:

Многие уже слышали про CAR-T-клеточную терапию. Это разновидность иммунотерапии, при которой мы берём т-лимфоциты, донорские или у самого пациента, генетически их модифицируем. Они начинают синтезировать на своей поверхности специальный рецептор, который эффективно распознает опухолевые клетки и затем такой усиленный т-лимфоцит с химерным рецептором уничтожает опухоль. 

Это действительно работающий вид терапии, который уже помог не одной сотне людей. Однако у технологии CAR-T есть ряд минусов. Самый большой недостаток — такое лечение может вызывать цитокиновый шторм, состояние, когда иммунные клетки выбрасывают слишком много воспалительных факторов, и в результате разрушается весь организм пациента. 

Второй недостаток — технология подходит только для гематологических опухолей, то есть для рака крови. Исследователь говорит о работе над совершенствованием данного метода лечения:

К счастью, на базе нашего научно-клинического центра разрабатываются подходы, при которых CAR-T технологии можно будет использовать на твердых опухолях. Также на базе нашего научно-клинического центра разрабатываются персонифицированные вакцины на основе дендритных клеток. 

Дендритные клетки — это специализированные антигенпрезентирующие клетки, которые учат т-лимфоциты узнавать опухолевые клетки или какой-то чужеродный материал. 

Фактически исследователи разрабатывают своего рода вакцину от рака. К сожалению, как показывает практика, универсального варианта вакцины против рака не существует. 

Однако, чем больше исследований проводится, чем больше эффективных различных методов разрабатывается, тем больше вероятность того, что мы когда-нибудь сможем полностью победить рак. Пускай не какой-то универсальной таблеткой или единой вакциной, но всё же у человечества будет метод лечения для каждой разновидности опухоли и для каждого пациента.