Новости

20 Июня, 2019 11:20

Из сборника РНФ «Я ученый!»: Созданная пять лет назад лаборатория двух братьев из Петербурга превратилась во всемирно известный научно-образовательный кластер

Братья-химики из Университета ИТМО Александр и Владимир Виноградовы реализовали свою мечту и в 2014 году основали лабораторию. В 2016 году оба получили по гранту РНФ на поддержку отдельных научных групп. Сейчас ученые руководят химико-биологическим кластером, где работают одни из лучших исследователей в этой области, имеют более 10 грантов и более 100 сотрудников, большая часть из которых – талантливые магистранты и аспиранты. Братья запустили несколько международных образовательных программ магистратуры, где в основе лежит концепция обучения через науку. Лаборатория известна мировому сообществу уникальными разработками в области струйной печати оптических наноструктур и технологий «защищенной» печати, а также нехирургического метода терапии тромбоза. Сейчас идут доклинические испытания одних разработок и внедрение на рынок других.
Источник: Университет ИТМО

После окончания аспирантуры, в 2012 году Владимир Виноградов уехал работать в Израиль, а Александр Виноградов уехал в Германию. Несмотря на дальние расстояния, они хотели развивать науку вместе. Пусть эта потребность не озвучивалась, но она витала в воздухе. Поэтому спустя два года ее удалось реализовать и воплотить.

Об образовании

– Нам очень хотелось, чтобы у нас была собственная научная лаборатория, и очень много хотелось дать молодым ребятам, которые могут, хотят и не имеют возможности воплотить свои идеи в жизнь, – вспоминает Александр. – В России таких ребят очень много и, ежегодно принимая в кластер 50–70 студентов магистратуры со всех уголков России, мы слышим их положительные отзывы за предоставленную возможность трудиться на «острие» науки и самореализовываться. Однажды нам пришло предложение от проректора Университета ИТМО, в котором предлагалось встретиться и обсудить возможность совместной работы. Это было в то время, когда мы с братом активно погрузились в научную работу за рубежом. Естественно, мы никак не отреагировали на это предложение, потому что университет ИТМО как химический вуз был для нас абсолютно неизвестным. Однако вмешался наш третий брат и сообщил, что эта была его инициатива. Он заставил нас дать ответ, и началось обсуждение.

Первая лаборатория братьев Виноградовых была комнатой в 33 квадратных метра. Сегодня – это химико-биологический кластер размером почти в 3 тысячи квадратных метров, оснащенный современным оборудованием, лекториями, коворкингами и офисами. Это 12 лабораторий, где работают более 100 человек.

– За четыре года совершена гигантская работа, и, прежде всего, это заслуга не наша с братом, – отмечает Александр, – это заслуга тех людей, которые с нами работают и нам доверяют. Молодых, креативных студентов, магистрантов, аспирантов и, конечно же, групп-лидеров. Тех, кто дал нам возможность для старта и развития.


Фото: Лаборатория SCAMT (Solution Chemistry of Advanced Materials and Technologies / Растворной химии передовых материалов и технологий) – международный научный центр, созданный в 2014 году братьями Владимиром и Александром Виноградовыми. Центр занимается фундаментальными и прикладными исследованиями, тесно интегрированными в образовательный процесс. Здесь работает 10 независимых исследовательских групп, вовлеченных в различные междисциплинарные проекты от химии до материаловедения, от пищевых технологий до микробиологии. Источник: Университет ИТМО

SCAMT («Растворная химия передовых материалов и технологий») изначально стремился поддерживать молодых исследователей, поэтому Виноградовы запустили образовательные магистерские программы. Преподавание проходит на английском языке по модульной системе. Большинство занятий – практические: минимум 5 дней в неделю учащиеся проводят в лаборатории, реализуя свой проект. Теория направлена на поддержку этих проектов. Не удивительно, что все первые авторы статей – магистранты. Спустя два года работы в лаборатории начинающие исследователи имеют достаточный багаж публикаций в хороших журналах и опыт прохождения стажировок в ведущих лабораториях мира.

– В прошлом году мы открыли новую специализацию, первую в России – техноброкерство в области наноинжиниринга и биотехнологии, – говорят братья. – Это специальность, которая позволяет развивать внедренческие компетенции молодых ребят, осваивая их на конкретных разработках кластера. Такие программы уже внедрены в десятки лучших университетов мира, мы хотим, чтобы университет ИТМО был в этой десятке, а лаборатория SCAMT давала возможность талантливым ребятам приходить и получать новые знания, завершая выполнение научных проектов их коммерциализацией.

Виноградовы не просто хотят научить своих подопечных понимать, как та или иная лабораторная наработка может быть внедрена на рынок. Они сами внедряют результаты своих исследований.

О медицинских разработках

Закупорка кровеносных сосудов – основная причина смертности во всем мире. В России до 60% человек умирает от осложнений сердечно-сосудистых заболеваний, в основном, это инфаркты или инсульты. Когда Виноградовы подошли к этой проблеме и посмотрели статистику, то обнаружили, что в мире множество научных публикаций и конференций затрагивает тему наночастиц для терапии рака, однако, почти никто не занимается материалами для нехирургической терапии тромбозов. На рынке уже есть три одобренных тромболитических препарата для неинвазивной терапии, но, несмотря на это, в 90% случаев осуществляется хирургическое вмешательство. Потому что эти средства быстро теряют активность и имеют массу побочных эффектов.

– Что мы решили предпринять? Понимая некую специфику работы нанофармацевтического рынка, мы решили сделать очень хитрую вещь, – рассказывает Владимир. – Во-первых, создать магнитно управляемый тромболитик, который можно было бы направлять непосредственно в зону закупорки сосуда. Это концептуальная идея. Во-вторых, мы решили использовать только те препараты и компоненты, которые уже имеют разрешение на введение в организм человека, что существенно облегчает доклиническую и клиническую апробацию. Уникальность препарата заключается в его структуре, существенно увеличивающей терапевтический индекс лекарственного вещества. За три года нашего гранта РНФ мы смогли довести эту формулу до совершенства.


Владимир Виноградов – кандидат химических наук, руководитель лаборатории SCAMT, доцент Химико-Биологического Кластера Университета ИТМО, обладатель премии Ульриха, 2017 г. Грант РНФ: «Биокерамические материалы пролонгированного действия для профилактики и терапии атеротромбоза» (2016–2018 гг.). Источник: Университет ИТМО

Препарат проявил и другие свойства: под воздействием лекарства происходит не только рассасывание тромба, но и устраняется вероятность появления новых сгустков. По сути, ученые соединили два препарата в одном. Но это еще не все. Команде Владимира в экспериментах на животных удалось показать, что даже без магнитного нацеливания их препарат по сравнению с классическим тромболитиком в десятки раз эффективнее. А благодаря тому, что фермент (ускоритель реакции) и наночастицы формируют определенную структуру, фермент работает гораздо дольше, поэтому и лекарство имеет пролонгированный эффект.

Тема настолько горячая и в то же время настолько бедная на оригинальные разработки, что на крупных конференциях Владимир практически в одиночестве рассказывает о работе в этой области.

– Нам удалось занять мировую нишу с этой тематикой, и мы в ней, грубо говоря, считаемся экспертами, – говорит Владимир, сидя в своем номере в отеле перед очередной конференцией.

У команды Владимира статьи выходят в журналах первого квартиля, с высоким импакт-фактором – максимальным в области материаловедения, а сам процесс рассмотрения статей занимает всего полтора месяца.

Наночастицами Виноградовых заинтересовалась шведская компания. Ученые оформили патент и ждут продолжения доклинических исследований, в том числе в Европе. На территории России доклинические испытания проходят в рамках проекта «Фарма 2020».

Реализовать медицинские проекты помогает старший брат Александра и Владимира. Он врач-травматолог-ортопед и большую часть времени занимается врачебной практикой. В остальное время участвует в постановке и формировании научных задач братьев-ученых и помогает осуществлять доклинические и клинические испытания.

– Брат также сыграл ключевую роль в нашем жизненном пути. Когда мы хотели поступать в химический университет, а наши родители были на это не настроены, именно он переубедил их и направил нас учиться именно туда, куда мы хотели. Кроме того, он фактически заложил первый фундамент лаборатории SCAMT, инициировав первую встречу, – поясняют младшие братья.

– Непосредственно над созданием лекарственных средств работает 12 человек, – говорит Владимир. – Среди зрелых участников – член-корреспондент РАН Иван Дуданов, которому я очень благодарен. Он руководит сосудистым центром Мариинской больницы в Петербурге и сам проводит операции. Поэтому первое, с чего аспирант начинает у нас работу, – он идет на эти операции. Мы даем ему возможность вживую посмотреть, как удаляют тромбы сейчас. Когда ты увидишь фибриновую «сосиску» – тромб длиной несколько сантиметров, который достают из артерии человека, у тебя появляется мотивация двигаться в этой области, и ты работаешь совершенно по-другому.

Раньше Виноградовы работали над всеми исследованиями совместно. Но в какой-то момент они подошли к тому, что у каждого из них есть своя область научных интересов: все, что относится к новым материалам для медицины, – это проекты Владимира, все, что к ним не относится, – проекты Александра.

– Мы друг другу не мешаем и даже помогаем, и уж тем более не делим результаты проектов, в которых принимали совместное участие, – с улыбкой уверяет Александр. – Например, мы создали быстро твердеющие пены для пожаротушения, которые в 2015 году помогли внедрить в компании АО НПО «Сопот». Это революционная технология, которая позволяет в 50 раз эффективнее тушить пожары по сравнению с самыми современными аналогами.

Источник: Университет ИТМО

О других разработках

Александр – руководитель Химико-Биологического Кластера, куда входит лаборатория SCAMT – разрабатывает оптические наноструктуры при помощи доступного метода струйной печати. Растворная химия – довольно широкая область, которая предоставляет возможность для быстрого внедрения продукта на рынок. Однако проблемы несовместимости «мокрой» химии и оптических наноструктур имеют массу нерешенных научных задач, включая вопросы разработки новых методов доступной «мягкой» нанолитографии высокого разрешения и поиска уникальных составов с прогнозируемыми свойствами.

Формируя концепцию новой лаборатории по использованию растворной химии для создания оптических структур, Виноградовы задумались над поиском доступного метода мягкой нанолитографии.

– До объявления первого конкурса РНФ, на который мы подавали заявку, мой брат Владимир оказался в Канаде у нашего коллеги, возглавляющего Институт биоинтерфейсов в Университете МакМастера и занимающегося одним из основных его направлений – струйной печатью ферментсодержащих материалов, как правило, медицинского назначения, – рассказывает Александр. – Центр, естественно, оснащен колоссальным оборудованием и имеет практически безграничные возможностями, там прототипируются технологии, а затем активно внедряются на североамериканском рынке и в Европе. Эта поездка привела к возникновению революционной, как нам на тот момент казалось, идеи, – использовать метод струйной печати для получения оптических наноструктур. Где сама структура должна иметь порядок ниже дифракционного предела, 1 микрона (толщина человеческого волоса – 80 микрон – Прим.ред.), желательно с разрешением до 10 нанометров (почти в 9 раз тоньше волоса – Прим. ред.), при условии, что размер самой капли в диаметре составлял 30 микрон.

Фактически это был вызов, так как самой технологии получения оптических наноструктур струйным методом практически не существовало ни в России, ни в мире. Виноградовым потребовалось применить все свои способности, знания, полученные во время аспирантуры и стажировок за границей, чтобы разработать эту технологию. Они доказали, что эта задача осуществима, напечатав радужные голограммы и управляемые по толщине цветные изображения струйным принтером, а в 2016 году выиграли грант РНФ.

– Это было абсолютно уникальное событие – когда очень молодой коллектив, а тогда у нас было всего две статьи по теме самой струйной печати, пусть и в очень солидных журналах, смог выиграть грант РНФ на отдельные научные группы.


Фото: Александр Виноградов – кандидат химических наук, директор Химико-Биологического Кластера Университета ИТМО, сотрудник лаборатории SCAMT, обладатель премии Ульриха, 2017 г. (каждые 2 года международное сообщество Sol-Gel выбирает 1–2 победителей в этой номинации за выдающийся вклад в продвижение практикоориентированных исследований). Грант РНФ: «Разработка струйной печати оптических наноструктур» (2016–2018 гг.). Источник: Университет ИТМО

«Security» printing («защищенная» печать) – технология печати защитных элементов, которая применяется для защиты банковских карт, паспортов, банкнот, линии дорогостоящей парфюмерной продукции, алкогольной продукции, элитного табака и других ценных предметов. Сейчас это гигантский рынок, в котором отдельные предприятия специализируются на разных сегментах защиты, но для каждого из них важно иметь новые технологии. Поэтому научные результаты крайне востребованы. Как только первые результаты возможности струйной печати радужных голограмм были опубликованы, у ученых появился первый партнер из Чехии, который сегодня печатает радужные голограммы.

– Этот контакт и то количество писем от других заинтересованных партнеров, которые мы получали после публикации пресс-релиза, однозначно говорили нам, что данное направление очень востребовано и с научной, и с индустриальной точек зрения, – добавляет Александр.

Следующие три года показали, что ожидания и надежды, которые Виноградовы возлагали на свой проект, оправдали себя.

– Помимо гигантской фундаментальной части, которую нам удалось совершить, мы освоили четыре новых метода печати голограмм – радужные голограммы, компьютерно сгенерированные голограммы, опаловая голография и бликовая голография. Мы подписали три крупных соглашения с индустриальным заказчиками по разработке и внедрению новых технологий защищенной печати, опубликовали 12 работы в ведущих журналах из первого квартиля, а 8 человек из 15, которые участвовали в течении 3 лет реализации проекта, прошли зарубежные стажировки и практику на российских предприятиях.

Источник: Университет ИТМО

О грантах

По словам Виноградовых, гранты Фонда помогли им не только сформировать совершенно новые направления и открыть научные группы, но также оснастить лаборатории самым современным оборудованием.

– Проект помог сформировать новые образовательные курсы в рамках программы магистратуры. Он также дал возможность интегрировать в него 15 молодых ребят. За три года реализации проекта по струйной печати мы подошли к освоению самого глобального вызова в области печати наноструктур – это печать струйным методом элементов оптоэлектронных устройств для квантового компьютера: при помощи струйной печати мы можем решить самую сложную задачу – обеспечить формирование планарных волноводов для транспорта фотонов. Совместно с компанией IQ Demy из Новосибирска мы разрабатываем эту технологию с последующим внедрением в серийное производство.

По словам исследователей, за SCAMT закреплена репутация центра по изготовлению оптических наноструктур методами растворной химии с использованием струйной печати.

– Грант – это возможность показать талантливым ребятам, какие возможности у них есть в России, а, на наш взгляд, в стране сегодня сложились самые лучшие условия для воспитания научной молодежи, – говорит Александр. – Российский научный фонд сумел внедрить не лояльную, а именно правильно настроенную экспертизу. РНФ – самый первый фонд, который смог дать релевантные финансовые инструменты для того, чтобы выполнять прорывные исследования. Это очень важно, чтобы исследования были доведены до конца, то есть фактически следующая стадия должна быть предпромышленной стадией, стадией прототипирования. Вот как раз РНФ теми бюджетами, которыми он поддерживает научные проекты, и позволяет это делать. Это имеет принципиальное значение. Следующая стадия – это уже дело индустриального партнера. На нашем примере именно это и происходит. РНФ впервые на нашем примере показал, что большие гранты могут выигрывать не только те, кто имеет статус, но и те, кто имеет хорошую идею.

 История взята из книги РНФ «Я ученый!»: http://www.rscf.ru/ru/node/rnf-prezentoval-sbornik-istoriy-o-rossiyskikh-uchenykh
Теги
Интервью
31 Августа, 2020
Андрей Блинов: «Не обязательно работать на мега-установках, чтобы добиться впечатляющих научных результатов»
Российско-германский год научно-образовательных партнерств 2018-2020 призван придать сотрудничеству ...
6 Июля, 2020
Александр Клименко о поддержке Фондом молодых ученых
«Лестница» грантов РНФ помогает молодым ученым профессионально расти и развиваться: вначал...